一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，其包括繼電器陣列模塊，以及順序設(shè)置的高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；所述高壓模塊連接所述繼電器陣列模塊；所述微處理器設(shè)置輸入單元以及輸出端口。采用上述方案，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的高壓電源模塊進(jìn)行了改進(jìn)，提供了適用于毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步減小體積，提高電壓輸出的穩(wěn)定性，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及，尤其涉及的是，一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]毛細(xì)管電泳(Capillary Electrophoresis, CE)芯片是微流控系統(tǒng)(Microfluidic System)的一個(gè)重要組成部分,具有成本低、樣品消耗量少、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。它以微型毛細(xì)管為分離通道，以直流高壓電源為動(dòng)力，在分離通道兩端施加電壓，根據(jù)被測(cè)樣品的特性不同來(lái)實(shí)現(xiàn)分離，例如，特性包括電荷、質(zhì)量、極性、親和力大小等。由于毛細(xì)管電泳芯片檢測(cè)分析系統(tǒng)微型化、集成化的需要，迫切需要體積小、功能穩(wěn)定的高壓直流電源系統(tǒng)。
[0003]部分專(zhuān)利公開(kāi)了毛細(xì)管電泳芯片采用直流高壓電源進(jìn)行供電的方法，例如，毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)CN100498272C公開(kāi)了一種能自動(dòng)進(jìn)行液體更換的微流控芯片毛細(xì)管電泳分析裝置及其使用方法，該裝置由帶有一體化探針的微流控毛細(xì)管電泳芯片、試樣管陣列自動(dòng)液體更換系統(tǒng)、高壓電源和檢測(cè)系統(tǒng)四部分組成。在分析過(guò)程中，一體化探針和電極通過(guò)試樣管缺口浸入試樣管內(nèi)溶液中一定時(shí)間，在高電壓驅(qū)動(dòng)下，試樣管中的溶液經(jīng)過(guò)一體化探針進(jìn)入芯片微通道內(nèi)，完成電泳進(jìn)樣、分離和檢測(cè)操作。
[0004]又如，毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)CN100427944C公開(kāi)了 一塊含有多個(gè)毛細(xì)管電泳分離單元的三維毛細(xì)管陣列電泳微芯片，一個(gè)用微型真空泵作為負(fù)壓源的負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，一個(gè)高壓直流電源和一個(gè)激光熒光檢測(cè)系統(tǒng)。僅用一個(gè)微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置和一個(gè)高壓直流電源就能完成陣列芯片毛細(xì)管電泳分析系統(tǒng)多重平行的分析測(cè)定。
[0005]但是這些專(zhuān)利基本上都是使用現(xiàn)成的高壓電源模塊，缺乏根據(jù)CE芯片特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新的毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，其包括繼電器陣列模塊，以及順序設(shè)置的高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；所述高壓模塊連接所述繼電器陣列模塊；所述微處理器設(shè)置輸入單元以及輸出端口。
[0008]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述高壓模塊之前還設(shè)置一緩沖器。
[0009]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置與所述微處理器連接的顯示單元。
[0010]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置與所述微處理器連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0011]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述微處理器采用ARM微處理器。
[0012]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成設(shè)置于所述微處理器中。
[0013]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述微處理器為STM32F103。
[0014]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為T(mén)LC5618A。[0015]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述繼電器陣列模塊設(shè)置GRL2412高壓干簧繼電器。
[0016]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述繼電器陣列模塊設(shè)置達(dá)林頓管。
[0017]采用上述方案，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的高壓電源模塊進(jìn)行了改進(jìn)，提供了適用于毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步減小體積，提高電壓輸出的穩(wěn)定性，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
圖2為本發(fā)明的另一實(shí)施例的不意圖；
圖3、圖4分別為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼電器陣列電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)及其附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書(shū)所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0020]需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一元件固定于另一個(gè)元件，包括將該元件直接固定于該另一個(gè)元件,或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件固定于該另一個(gè)元件。當(dāng)一個(gè)元件連接另一個(gè)元件，包括將該元件直接連接到該另一個(gè)元件，或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件連接到該另一個(gè)元件。
[0021]本發(fā)明基于便攜性、可靠性和安全性等考慮，設(shè)計(jì)采用集成高壓模塊的用于毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是，一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，其包括繼電器陣列模塊，以及順序設(shè)置的高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器，即高壓模塊連接放大濾波電路，放大濾波電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接微處理器；所述高壓模塊連接所述繼電器陣列模塊；所述微處理器設(shè)置輸入單元以及輸出端口。其中，所述高壓模塊，即高壓電源模塊，由24V直流電源供電，輸出電壓范圍為(T5000V，輸出電流為(T0.25mA。優(yōu)選的，設(shè)置電壓監(jiān)測(cè)端與高壓輸出端比例關(guān)系為1:1000，調(diào)節(jié)端的輸出電壓范圍為(T5V，且為線性對(duì)應(yīng)關(guān)系；即由低壓調(diào)節(jié)端輸出的(T5V電壓控制(T5000V的高壓輸出，且為電壓控制與高壓輸出為線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。優(yōu)選的，所述高壓模塊設(shè)置指示模塊，用于指示所述線性對(duì)應(yīng)關(guān)系以及當(dāng)前輸出電壓。優(yōu)選的，所述指示模塊設(shè)置一 LCD顯示器及其控制電路。優(yōu)選的，所述LCD顯示器集成設(shè)置于所述高壓模塊的表面上。優(yōu)選的，所述高壓模塊設(shè)置外殼體，其中設(shè)置空置區(qū)，所述空置區(qū)設(shè)置兩條平行的滑動(dòng)槽，所述LCD顯示器滑動(dòng)安裝于所述空置區(qū)的滑動(dòng)槽中，并通過(guò)一卡扣部卡扣固定，這樣，易于安裝和拆卸。
[0022]其中，所述繼電器陣列模塊連接外部的毛細(xì)管電泳芯片，優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還包括所述毛細(xì)管電泳芯片。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)中，所述繼電器陣列模塊設(shè)置GRL2412高壓干簧繼電器。優(yōu)選的，所述繼電器陣列模塊設(shè)置達(dá)林頓管。在進(jìn)行毛細(xì)管電泳芯片分析時(shí)，進(jìn)樣通道兩端的儲(chǔ)液池間需要施加一定的電壓，同時(shí)為了防止樣品溶液向分離通道兩端擴(kuò)散，還要在分離通道兩端的儲(chǔ)液池間施加一定的電壓。當(dāng)進(jìn)樣過(guò)程完成以后，分離通道兩端需要施加較高的電壓以使樣品分離，同時(shí)進(jìn)樣通道的兩端還需要保持一定的電壓以限制樣品的進(jìn)樣量。因此，快速、準(zhǔn)確的電壓切換是保證樣品進(jìn)樣量的關(guān)鍵，本發(fā)明為了提高電壓切換的速度和自動(dòng)化程度，采用繼電器陣列實(shí)現(xiàn)電極的切換。由于高壓電源系統(tǒng)的輸出電壓最高為5000V，最大輸出電流為0.25mA,為安全起見(jiàn)，選用的參數(shù)要保留一定的余量。因此，優(yōu)選的，所述繼電器陣列采用GRL2412型高壓干簧繼電器。其額定電壓為24V，吸合上限和下限電壓分別為18V、4V，高壓輸出端的最大電流為10A，崩潰電壓為15kV。例如，微處理器采用STM32系列的MCU ;但是，由于STM32系列MCU的GPIO 口的Vm = 3.3V，所以不能驅(qū)動(dòng)GRL2412的正常吸合，因此，本發(fā)明相關(guān)實(shí)施例采用達(dá)林頓管作為驅(qū)動(dòng)，例如達(dá)林頓管采用ULN2803作為驅(qū)動(dòng)芯片以增強(qiáng)MCU的GPIO驅(qū)動(dòng)能力。[0023]其中，所述繼電器陣列模塊設(shè)置繼電器陣列電路，優(yōu)選的，每一繼電器并聯(lián)一保護(hù)二極管，以避免繼電器線圈斷開(kāi)時(shí)，電感線圈產(chǎn)生很大的反向電動(dòng)勢(shì)損害觸點(diǎn)和擊穿達(dá)林頓管的集電結(jié)。例如，所述繼電器陣列電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，其采用了 ULN2803晶體管，其引腳I至引腳6依次連接繼電器I至繼電器6，引腳7、引腳8、引腳11與引腳12空置，引腳9接地，引腳10接24V直流電源，引腳13至引腳18分別連接各繼電器(RELAYl和Kl是連在一起的)。如圖3所示，所述繼電器陣列電路中只用到6個(gè)高壓繼電器，所以只需要6個(gè)GPIO 口即可通過(guò)ULN2803控制高壓繼電器的通斷。每個(gè)ULN2803有8路輸出，因此只需要一片ULN2803芯片即可。其中二極管為保護(hù)二極管IN5819，以避免繼電器線圈斷開(kāi)時(shí)，電感線圈產(chǎn)生很大的反向電動(dòng)勢(shì)損害觸點(diǎn)和擊穿達(dá)林頓管的集電結(jié)，并聯(lián)的電解電容
為24V的電源濾波。如圖3所示，高壓電源系統(tǒng)共有三個(gè)高壓電源模塊HV1、HV2與HV3，為了減少繼電器的使用，使用6個(gè)高壓繼電器完成整個(gè)進(jìn)樣和分離過(guò)程的電極切換。如圖4所示，HV_1,HV_2和HV_3分別表示三個(gè)高壓模塊。Relay_l，…，Relay_6分別表示6個(gè)繼電器。①、②、③和④分別表示插在毛細(xì)管電泳芯片的4個(gè)儲(chǔ)液池中的4個(gè)電極。當(dāng)開(kāi)始進(jìn)樣時(shí)，Relay_l和Relay_3導(dǎo)通，同時(shí)為了遏制樣品溶液向分離溝道兩端擴(kuò)散，Relay_4和Relay_5也導(dǎo)通，其它的繼電器截止。進(jìn)樣過(guò)程完成之后，Relay_3和Relay_5截止，Relay_4和Relay_6導(dǎo)通,為使進(jìn)樣溝道兩端仍然施加一定的電壓，Relay_2導(dǎo)通,樣品溶液開(kāi)始進(jìn)行分離；其中，AGND為模擬信號(hào)地線。
[0024]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置與所述微處理器連接的顯示單元。例如，所述微處理器設(shè)置視頻輸出端，所述顯示單元連接所述視頻輸出端；優(yōu)選的，所述顯示單元為一LCD顯示屏；優(yōu)選的，所述LCD顯示屏從所述高壓模塊獲得供電；優(yōu)選的，所述LCD顯示屏的對(duì)角線長(zhǎng)度小于7寸。優(yōu)選的，所述微處理器設(shè)置視頻輸出端，輸出到移動(dòng)終端進(jìn)行顯示。優(yōu)選的，所述視頻輸出端為USB輸出端，其連接到手機(jī)；優(yōu)選的，還包括所述手機(jī)。在毛細(xì)管電泳芯片檢測(cè)系統(tǒng)中，以直流高壓電源為動(dòng)力，進(jìn)樣和分離通道兩端分別施加一定的電壓產(chǎn)生電滲流。由于樣品溶液中各組分所帶電荷及質(zhì)量的不同，其移動(dòng)速度也不同，因此它們到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間也不同，從而實(shí)現(xiàn)樣品中各組分的分離。
[0025]例如，“十”字形的通道毛細(xì)管電泳芯片的進(jìn)樣、分離過(guò)程說(shuō)明如下。進(jìn)樣階段，左儲(chǔ)液池1、上儲(chǔ)液池3、下儲(chǔ)液池4分別施加不同的電壓，右儲(chǔ)液池2接地。左儲(chǔ)液池1、上儲(chǔ)液池3、下儲(chǔ)液池4處的左電勢(shì)&、上電勢(shì)％、下電勢(shì)大于“十字”通道處的電勢(shì)&，而Uj高于右儲(chǔ)液池2處的右電勢(shì)％。由于通道內(nèi)各處電勢(shì)大小不同，電滲流的方向?yàn)樽?、上、下均流向右。樣品溶液在“十字”通道交叉處被擠壓變細(xì)，最后流入儲(chǔ)液池2。進(jìn)入分離階段，由于電極的切換，使得U3大于I^UpU2小于Uj,而Uj大于U4,此時(shí)通道中電滲流的方向?yàn)樯狭飨蜃?、下、右。位于“十字”通道交叉口處的樣品被推入分離通道，同時(shí)將殘存在進(jìn)樣通道的溶液擠向左儲(chǔ)液池I和右儲(chǔ)液池2，避免緩沖液再次流入分離通道造成背景噪聲。因此，電泳進(jìn)樣和分離過(guò)程中各儲(chǔ)液池的電壓值及其切換速度是整個(gè)毛細(xì)管電泳芯片分析、檢測(cè)中的關(guān)鍵因素，采用該直流高壓電源，能夠確保各儲(chǔ)液池的電壓值及其切換速度符合電泳進(jìn)樣和分離過(guò)程中的要求。
[0026]又如，“十字”通道毛細(xì)管電泳芯片進(jìn)樣過(guò)程中，既要保證樣品充滿整個(gè)進(jìn)樣通道，還要求樣品不能擴(kuò)散到分離通道，所有這些都要依靠調(diào)整各儲(chǔ)液池的電壓配比來(lái)實(shí)現(xiàn)。分離過(guò)程中，首先要求各儲(chǔ)液池電壓值快速改變，保證僅僅使交叉口處的樣品進(jìn)入分離通道，而進(jìn)樣通道的樣品迅速退回到對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液池內(nèi)，不產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，精確的電壓輸出、合適的電壓配比及快速的電壓值切換是毛細(xì)管電泳芯片實(shí)現(xiàn)精確分析的關(guān)鍵。優(yōu)選的，設(shè)置“十字”通道在不同電壓配比下進(jìn)樣，確定與之對(duì)應(yīng)的分離過(guò)程效果，例如，夾樣合適時(shí)的電壓配比為:進(jìn)樣時(shí)，U1=U4=^QN, U2=ON, %=400V;分離時(shí)，U1=U2=^QN, U3=800N,
u4=m。
[0027]優(yōu)選的，所述高壓模塊之前還設(shè)置一緩沖器，用于濾波緩沖，避免瞬間電流過(guò)大損毀所述高壓電源系統(tǒng)。例如，緩沖器包括一運(yùn)算放大器LM358，用于對(duì)監(jiān)測(cè)端的電壓信號(hào)進(jìn)行放大濾波。優(yōu)選的，所述緩沖器還設(shè)置由電容、電感和電阻組成的濾波電路，以及與所述濾波電路連接的保險(xiǎn)絲。所述保險(xiǎn)絲一端連接所述濾波電路，另一端連接所述高壓模塊。優(yōu)選的，還設(shè)置一保護(hù)罩，其中設(shè)置兩個(gè)容置腔，其一容置所述緩沖器，另一容置所述高壓模塊，所述保護(hù)罩上設(shè)置顯示燈及其控制電路，用于在所述保險(xiǎn)絲斷開(kāi)時(shí)，所述顯示燈點(diǎn)亮，指示所述保險(xiǎn)絲熔斷，提醒用戶。
[0028]優(yōu)選的，如圖2所示，本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例是，一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，其包括繼電器陣列模塊，以及順序設(shè)置的緩沖器、高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；所述高壓模塊連接所述繼電器陣列模塊；所述微處理器設(shè)置輸入單元以及輸出端口，所述微處理器分別連接所述顯示單元、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其中，微處理器是整個(gè)所述高壓電源系統(tǒng)的核心，優(yōu)選的，緩沖器、高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器順序連接，組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，本發(fā)明及其各實(shí)施例通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)高壓模塊進(jìn)行控制。放大濾波電路對(duì)高壓模塊監(jiān)測(cè)端的信號(hào)進(jìn)行處理后將電壓信號(hào)送到ADC(Analog-to-Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器),微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓值與輸入ADC的電壓進(jìn)行比較，處理后由DAC (Digital-to-Analog Converter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器)通過(guò)緩沖器控制高壓模塊的輸出電壓。例如，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接所述緩沖器，通過(guò)緩沖器控制高壓模塊的輸出電壓。DAC用于控制高壓模塊的輸出電壓,通過(guò)DAC產(chǎn)生的0-5V的模擬輸出電壓控制高壓模塊調(diào)節(jié)端，從而產(chǎn)生0-5000V的高壓輸出。
[0029]由 于高壓模塊是高頻開(kāi)關(guān)電源，而從監(jiān)測(cè)端輸出的電壓是通過(guò)內(nèi)部的采樣電阻得到的，因此不可避免的在電壓中混雜有高頻的紋波，進(jìn)而影響到監(jiān)測(cè)端的電壓輸出。利用放大濾波電路不但可以濾除高頻紋波，還可以實(shí)現(xiàn)電平范圍變換的功能，滿足ADC在滿量程范圍內(nèi)正常工作，保證ADC采樣的精確度。優(yōu)選的，基于實(shí)用性和復(fù)雜性?xún)煞矫娴目紤]，所述放大濾波電路采用二階巴特沃斯低通濾波電路，例如，濾波電路的前一級(jí)是由運(yùn)放LM358組成的緩沖器，監(jiān)測(cè)端電壓信號(hào)經(jīng)放大濾波后送入微處理器內(nèi)部的ADC。電路的截止頻率為IKHz，通帶電壓增益為OdB。
[0030]優(yōu)選的，數(shù)模轉(zhuǎn)換器中采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于控制高壓模塊的輸出電壓。通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生(T5V的模擬輸出電壓來(lái)控制高壓模塊的調(diào)節(jié)端，進(jìn)而產(chǎn)生(T5000V線性的高壓輸出。優(yōu)選的，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的ADC采用Texas Instruments公司生產(chǎn)的TLC5618A。它是一款可編程的帶緩沖基準(zhǔn)輸入的雙路12位CMOS電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選的，由于TLC5618A的輸出電壓與輸入基準(zhǔn)電壓有直接的關(guān)系，Vref的微小波動(dòng)就可能造成TLC5618A輸出的不穩(wěn)定，進(jìn)而使高壓電源的輸出產(chǎn)生大的波動(dòng)。因此采用高精度、低噪聲、低溫漂的集成基準(zhǔn)電壓源MC1403作為T(mén)LC5618A的輸入基準(zhǔn)電壓。優(yōu)選的，為降低系統(tǒng)噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響，集成基準(zhǔn)電壓源MC1403的Fmt引腳除了連接TLC5618A的引腳之外，還通過(guò)0.1//F的鉭電容接地。優(yōu)選的，MC1403的Fto引腳除了連接VCC輸入之外，還通過(guò)一0.\μν的旁路電容接地,用于濾除電源和地之間的高頻干擾；和/或，TLC5618A的VDD引腳除了連接VCC輸入之外，還通過(guò)一 0.\μν的旁路電容接地，用于濾除電源和地之間的高頻干擾。
[0031]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述微處理器采用ARM微處理器。優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成設(shè)置于所述微處理器中。優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置與所述微處理器連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選的，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器集成設(shè)置于所述微處理器中。優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置DMA (Direct Memory Access,直接內(nèi)存訪問(wèn))模塊，其采用不經(jīng)過(guò)微處理器而直接從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。在DMA模式下，微處理器只須向DMA模塊下達(dá)指令，讓DMA模塊來(lái)處理數(shù)據(jù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給微處理器，這樣就很大程度上減輕了微處理器的資源占有率，可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源。優(yōu)選的，所述DMA模塊集成設(shè)置于所述微處理器中；優(yōu)選的，所述微處理器為STM32F103 ;和/或，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為T(mén)LC5618A。
[0032]例如，采用STM32F103微處理器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，STM32F系列屬于32位中等容量增強(qiáng)型、基于ARM核心的帶64K或者128K字節(jié)閃存的微處理器。它是意法半導(dǎo)體(ST)公司STM32系列中的一款MCU，其內(nèi)部擁有一個(gè)嵌入式的ARM Cortex?-M3內(nèi)核，與所有的ARM開(kāi)發(fā)工具及軟件兼容。其外圍配置電路主要包括電源管理、啟動(dòng)配置、時(shí)鐘產(chǎn)生、JTAG硬件調(diào)試和硬件復(fù)位電路等。STM32F103中內(nèi)置ADC
微處理器正常的工作電壓是3.3V，通常外接的電源電壓是5V，因此設(shè)計(jì)采用AMSl 117電壓轉(zhuǎn)換芯片將5V (VCC)轉(zhuǎn)換為3.3V (VDD)。另外，STM32F103具有兩個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路:一個(gè)8MHz的晶振作為MCU的時(shí)鐘源；另一個(gè)32KHz的晶振作為RTC的時(shí)鐘源。通過(guò)JTAG調(diào)試電路不僅可以將代碼燒寫(xiě)至芯片的FLASH中，還可以為程序的進(jìn)一步調(diào)試創(chuàng)造條件。
[0033]采用IAR開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件進(jìn)行所述高壓電源系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)合STM32的固件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤(pán)掃描、系統(tǒng)顯示、繼電器陣列切換、穩(wěn)壓和串口通信等一系列功能，軟件系統(tǒng)由C語(yǔ)言編寫(xiě)，在PC機(jī)上進(jìn)行編譯、連接，經(jīng)過(guò)ARM的仿真器調(diào)試無(wú)誤后，下載至微處理器的Flash中運(yùn)行。測(cè)試過(guò)程中，分別對(duì)三路高壓輸出進(jìn)行多次反復(fù)的測(cè)試。設(shè)定值為從鍵盤(pán)輸入的值，調(diào)節(jié)值為D/A轉(zhuǎn)換器經(jīng)濾波后輸出的電壓值，輸出值為實(shí)際的高壓輸出值。三者的理論比較關(guān)系為1000:1:1000。三路電壓輸出的設(shè)定值與輸出電壓偏差值之間均符合預(yù)期，最大偏差值為6V。以此，所述高壓電源系統(tǒng)的制造實(shí)際產(chǎn)品。[0034]時(shí)漂特性是指電壓輸出隨時(shí)間的變化關(guān)系，它是衡量電源性能的一個(gè)重要參數(shù)。為避免高壓輸出隨時(shí)間的推移而造成進(jìn)樣和分離電壓的偏離，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確，在電泳實(shí)驗(yàn)需要的進(jìn)樣和分離電壓范圍內(nèi)對(duì)每一路高壓進(jìn)行了 10次時(shí)漂特性測(cè)試，然后取平均值，每次測(cè)試的時(shí)間為一個(gè)小時(shí)；本發(fā)明設(shè)計(jì)的高壓電源系統(tǒng)時(shí)漂小于IV，精度(0.1%/h，具有良好的穩(wěn)定性，完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)的要求。
[0035]優(yōu)選的，所述高壓電源系統(tǒng)還設(shè)置與所述微處理器連接的接口電路，例如USB接口電路或RS-232接口電路等。例如，采用RS-232接口，用于建立ARM與PC機(jī)的數(shù)據(jù)和信息交換。這樣，可以達(dá)到兩個(gè)作用:一是將PC機(jī)上通過(guò)IAR Embedded Workbench調(diào)試好的程序下載到ARM的Flash中，另一方面是將MCU的RAM中保存的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)，便于繪圖和分析。這樣，基于ARM9嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)客戶端，設(shè)計(jì)出微處理器外圍配置接口電路，在Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境下，借助圖形繪制功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的分析，然后試制成品，對(duì)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)完全能滿足毛細(xì)管電泳芯片分析測(cè)試的需要。
[0036]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例還包括，上述各實(shí)施例的各技術(shù)特征，相互組合形成的毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)。為進(jìn)一步減小體積和提高電壓輸出的穩(wěn)定性，采用閉環(huán)系統(tǒng)控制高壓模塊輸出；利用ARM微處理器豐富的I/O端口和內(nèi)置ADC等資源對(duì)穩(wěn)壓算法進(jìn)行處理，更加及時(shí)地對(duì)高壓模塊進(jìn)行調(diào)整，使高壓輸出更加穩(wěn)定；使用繼電器陣列實(shí)現(xiàn)電極的自動(dòng)切換，并在LCD上顯示當(dāng)前所處的工作階段和電壓值，便于對(duì)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。
[0037]需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書(shū)記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種毛細(xì)管電泳芯片的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，包括繼電器陣列模塊，以及順序設(shè)置的高壓模塊、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器； 所述高壓模塊連接所述繼電器陣列模塊； 所述微處理器設(shè)置輸入單元以及輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓模塊之前還設(shè)置一緩沖器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置與所述微處理器連接的顯示單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置與所述微處理器連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器采用ARM微處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成設(shè)置于所述微處理器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器為STM32F103。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為T(mén)LC5618A。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述繼電器陣列模塊設(shè)置GRL2412高壓干簧繼電器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述繼電器陣列模塊設(shè)置達(dá)林頓管。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103901091SQ201410161405
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】楊飛, 楊曉博, 李耀輝, 蔡子亮, 白政民 申請(qǐng)人:許昌學(xué)院