基于FPGA的高可靠全自動(dòng)加樣器

　　4 泵閥模塊

　　系統采用獨立的泵閥一體模塊來(lái)實(shí)現高精度的微量加注，該模塊采用注射式加樣，其原理與普通醫用注射器一致，當注射桿推進(jìn)H行程時(shí)，加樣體積為：

　　其中D為注射器直徑，V為加樣體積，可知，當注射器的直徑一定時(shí)，可以通過(guò)控制注射桿的拉動(dòng)行程來(lái)精確控制每次加樣的體積，從而實(shí)現對加樣量的控制。

　　泵閥一體模塊以單片機為控制核心，采用高精度步進(jìn)電機帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置實(shí)現注射器的推拉。結合(3)式和步進(jìn)電機的參數，可以得到系統的加樣分辨率為(4)式所示，其中n為電機的細分度，l為電機導程。最終，由加樣分辨率可以得到脈沖頻率與電機加樣速度的關(guān)系如(5)式所示。

　　除了采用步進(jìn)電機改變加樣液體體積，模塊還采用三通電磁閥改變加樣裝置中的液體流向，從而實(shí)現對液體的精確吸吐?？刂葡到y框圖如圖5所示，通過(guò)開(kāi)環(huán)控制與反饋機制相結合實(shí)現模塊功能。在自動(dòng)加樣系統中，泵閥一體模塊通過(guò)串口與FPGA進(jìn)行通信，模塊的軟件總流程如圖6所示。

　　5 無(wú)線(xiàn)控制

　　為了進(jìn)一步減少在加樣過(guò)程中與有害液體的接觸，同時(shí)實(shí)現對加樣器更為靈活的控制，系統將安卓手機作為加樣器的無(wú)線(xiàn)控制端。FPGA通過(guò)配置以太網(wǎng)控制芯片DM9000，與安卓手機建立基于A(yíng)RP和UDP的服務(wù)器/客戶(hù)機模型，其中FPGA作為服務(wù)器，手機作為客戶(hù)端。系統的網(wǎng)絡(luò )通信流程圖如圖7所示。

　　手機無(wú)線(xiàn)控制端的主要功能是對儀器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)控制和系統監視。發(fā)送的控制信息主要包括儀器自檢、開(kāi)啟、暫停、恢復、關(guān)機、周保養以及試管架總數和加樣量等。接收信息主要包括儀器運行狀態(tài)和液位信息。

　　6 系統測試

　　設計完成后，對系統的加樣精度及加樣速度進(jìn)行了測試，得到系統參數如表1所示。使用STP高精度電子秤，通過(guò)加樣量20ul和50ul的實(shí)測值，對系統精度進(jìn)行測試，得到加樣精準度數據如表2所示。