一種醫(yī)用稀釋分配器的研制.pdf

1、目的：稀釋分配器在精細化工和生物醫(yī)學實驗室中有著廣泛的應用。在藥液配制上,一般采取人工方式,由于個體差異,人工配液存在較大的誤差及不穩(wěn)定性,而藥液配制具有不可恢復性,配制時藥液比例錯誤即會造成藥液廢棄。稀釋分配器通過機械裝置推動注射器,實現(xiàn)高精度、平穩(wěn)無脈動的液體傳輸;具有寬范圍的運行速度,流量精確,控制精度高,有著人工配液無法比擬的優(yōu)勢。實驗室中存在著大量具有毒性或者腐蝕性的藥液,稀釋分配器可以減少此類藥液對操作人員的潛在危害,特別適

2、用于精細化工,醫(yī)療配液以及需要精密配制藥液的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學等應用領域。目前我國生物醫(yī)學實驗室主要采用進口的醫(yī)用稀釋分配器,其自動化程度高、使用方便,但價格昂貴,難以普及,而國內(nèi)稀釋分配器廠家數(shù)量較少,大多僅從國外購進配件,進行簡單二次加工,缺乏自主知識產(chǎn)權,其產(chǎn)品精確度與進口產(chǎn)品有較大差距。國內(nèi)對配制藥液的精密儀器需求量較大,因此很有必要開發(fā)一種高精度、高適應性的醫(yī)用稀釋分配器。
　　方法：通過對國內(nèi)外稀釋分配器的技術特點分

3、析,結合國內(nèi)稀釋分配器的發(fā)展現(xiàn)狀,提出一種醫(yī)用稀釋分配器的研制方案:基于嵌入式單片機技術、傳感器技術與自動化智能控制理論的醫(yī)用稀釋分配器的研制。利用3D建模軟件設計稀釋分配器的機械結構,完成各配件及傳動模塊的結構設計與裝配方法設計;利用電路圖設計軟件繪制稀釋分配器的電路,完成稀釋分配器各硬件模塊的電路設計;利用印刷電路板設計軟件繪制稀釋分配器的印刷電路板;利用單片機編程語言設計稀釋分配器的移液、稀釋、配液等自動化過程,開發(fā)智能化軟件系統(tǒng)

4、,實現(xiàn)各控制模塊功能。通信接口采用RS232串行數(shù)據(jù)收發(fā)接口對稀釋分配器發(fā)送初始化、復位及運行指令。微控制單元接收指令后,控制步進電機驅動芯片,對步進電機進行驅動,實現(xiàn)初始化、復位及相應操作功能;步進電機轉動換向閥、通過絲杠同步結構推拉注射器,實現(xiàn)藥液的高精度定量分配;運用光電傳感器對換向閥閥芯及注射器活塞位置進行監(jiān)控,實現(xiàn)換向閥的初始化、復位及換向操作,實現(xiàn)注射器的抽吸及推注操作。
　　內(nèi)容：本論文的研究工作主要包括醫(yī)用稀釋分配

5、器的總體設計、機械結構設計、硬件設計、軟件設計以及樣機測試。主要內(nèi)容如下:(1)稀釋分配器的總體設計主要包括樣機工作流程、應使用何種模塊、各模塊應實現(xiàn)何種功能、模塊間關系與通訊等。(2)稀釋分配器的機械結構設計主要包括樣機外形設計、建模、加工;樣機機械傳動設計、樣機機械結構加工、印制電路板加工,樣機整體安裝。其外形采用CATIA進行3D建模。(3)稀釋分配器的硬件設計主要包括可編程微控制單元模塊、步進電機驅動模塊、光電傳感器定位模塊、R

6、S232串行數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、電源模塊以及外圍接口電路。其電路圖使用ORCAD繪制,印制電路板采用PADS繪制。(4)稀釋分配器的軟件設計主要采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具IAR編譯器,對微控制單元進行編程,實現(xiàn)稀釋分配器初始化、復位,完成稀釋、移液、分配功能。(5)稀釋分配器樣機測試主要是通過大量實驗測試樣機的性能、穩(wěn)定性、精確度、實用性等性能指標。
　　結果：設計并完成稀釋分配器樣機,具有一整套獨立的總體、硬件、軟件、機械結構等關鍵部件設

7、計。主要內(nèi)容如下:(1)設計并完成了稀釋分配器樣機的整體運行框架,確立了機械結構、硬件及軟件之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)的互動與聯(lián)系關系,繪制并完成了樣機的總體設計框圖。(2)設計并完成了稀釋分配器樣機的機械結構設計,繪制并完成了樣機的3D模型圖。其中使用光電傳感器與定位柵盤相配合,結合步進電機轉軸定制加工,設計并成功實現(xiàn)了換向閥及注射器位置的測定方法;使用絲杠同步結構實現(xiàn)了步進電機的轉動與注射器活塞的直線運動間的轉換,實現(xiàn)了注射器對藥液的抽注。(3)

8、編寫并調(diào)試了稀釋分配器樣機的軟件系統(tǒng),其中使用中斷嵌套成功實現(xiàn)了對換向閥與注射器位置的測定,完成了稀釋分配器初始化、復位、稀釋、移液及分配功能。(4)將制作完成的樣機本體、印刷電路板、步進電機、注射器、換向閥及絲杠同步傳動裝置等組裝完成稀釋分配器樣機,進行了機械結構、硬件、軟件調(diào)試,檢測了各模塊性能,修改各模塊設計。(5)結合實際對稀釋分配器樣機進行了實驗,由實驗結果可知,樣機具有較好的工作穩(wěn)定性及可靠性,適用于三口換向閥,稀釋分配時間

9、范圍為1min-60min,精確度<1％。
　　結論：經(jīng)樣機測試,該稀釋分配器能實現(xiàn)藥液精密稀釋分配,具有自動化、高精度和方便快捷的特點,整體設計緊湊,使用方便,性能可靠,為生物實驗和臨床配液提供了一種實用的先進技術手段。然而,本論文的稀釋分配器僅設計為實驗室使用,在實際使用條件下,考慮到不同工作環(huán)境的影響,所以,為了進一步提高稀釋分配器的適應性和穩(wěn)定性,在本文的研究工作基礎上,可以通過對電路及機械結構設計作進一步優(yōu)化,以滿足在不