BA-90半自动生化分析仪和全自动生化分析仪价格

第二篇：全自动生化分析仪的研制

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分类号

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孝卞斜技大浮

硕士学位论文

全自动生化分析仪的研制学位申请人：郭长江

学科专业：机械工程

指导教师：罗晓玉副教授

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摘要

全自动生化分析仪是一个集机、电、光于一体的检测设备，主要用于临床检验人体体液中的各种生化指标。本论文是结合河南省科技厅２００２年重点科技攻关项目“全自动生化分析仪的研制”完成的。

论文首先介绍了生化分析仪的原理及国内外发展状况，阐述了全自动生化分析仪的组成及工作原理，分析并确定了机械系统和控制系统的设计。

论文还通过对步进电机升降速和启动换向的实验研究，获得许用加速度和输出转矩与脉冲频率与之间的关系；结合全自动生化分析仪的工作要求，针对恒负载比较小、以惯性负载为主，合成转速、换向频率比较高等特点，一方面通过减转动惯量减小机电时间常数，提高换向频率。另一方面通过脉冲缅分来提高步迸电机的矩频特性，为此在机械传动系统设计中采用斜楔杠杆机构、弹性夹紧元件和传感器组成的送料定位夹紧装置，并采用步进电机驱动，通过滚珠丝杠和直线导轨组成的Ｘ、Ｙ方向上相互独立的直线运动，以及由ｘ方向和Ｙ方向运动合成的圆周振动，从而实现直线位移１０±０．０３ｍｍ，振动转速６０～９６０ｒｐｍ，振幅ｌ～５０ｍｍ的运动要求。

控制系统采用上位机作为主控系统，通过入机交互完成参数设定、数据处理、结果输出，并向下位机发送指令。下位机执行工作指令并把执行结果反馈给上位机的分步控制方式。它由两部分组成：一部分是基于ＤＳＰ的控制系统，控制步进电机的运行方式，控制光电倍增管把光信号转变成电压脉冲信号，通过电子计数法实现微光检测；另一部分是温度控制系统，采用三个ＤＳｌ８８２０数字温度传感器，通过单片机８９Ｃ５１的控制运算求出加热功率调功参数控制加热器加热，使检测箱内的温度保持在±１℃范围内。

全自动！Ｅ化分析仪具有智能化强、操作简便，检测精度高、范围广等优点，可广泛应用于环境科学、生命科学及临床医学诊断等领域，具有较高的实用价值。本系统的研究对全自动生化测定仪的发展具有重要的意义。

关键词：７Ｅ化分析仪滚珠丝杠步进电机控制系统

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独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：薯扣苏ｌ１１

日期：２００５年止月必日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可阻将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密口，在

本论文属于

不保密团。

（请在以上方框内打“√”）年解密后适用本授权书。

学位论文作者签名：新砍１’指导教师签名：、‘；ｚ茏宅．１。

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日期：２００５年廿月力ｐ日期：２００５年斗月站日

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ｌ绪论

１．１课题的来源和目的

近年来，由于生物数学、近代物理学、化学、电子技术、生物材料学、机械学、计算机等多种学科的飞速发展，促进了医学检验理论、实验室仪器和实验技术的迅速发展。高灵敏度、多功能、自动化的检测仪器的涌现，大大提高了医学检验的测量精度、速度和准确度，从而使烦琐的操作得以简化，冗长的实验时间得以缩短，复杂的组织成分及精微含量的测量得以实现，显示了自动化分析仪器强大的生命力【”。

本课题研究的内容是２００２年河南省重点科技攻关项目一‘全自动生化分析仪的研制”的重要部分。主要研究仪器主体结构、控制系统硬件及软件的设计。

１．２全自动生化分析仪及测定方法简介

１．２．１全自动生化分析仪简介

靠手工方法完成临床生化的检测受技术的熟练程度和工作责任心等因素的影响，会使结果出现一定误差。随着临床生化项目的增多及要求检验数量增加，单靠手工操作往往难于满足临床需要。如果仔细分析一下生化检验的操作要点，就可以注意到这些检验大部分都离不开样品处理（包括稀释、去蛋白等），加试剂进行反应（如显色、加热等）；检测反应产物（如比色、比浊法等）：数据处理（包括发报告）等具体操作。把这些操作有机的组合起来，同时再配以计算机硬件及软件等先进的显示手段，就可以设计出自动化分析仪器。

全自动生化分析仪是以机械的方式模拟手工操作，完成取样、加试剂、保温、去蛋白、显色、比色、计算结果和报告打印等多个步骤，并按照分析程序，把这些步骤连接起来，使一个分析项目的整个过程按预定的程序自动完成，可对多个样品按同一方式连续处理或对一个样品同时进行多个项目检测。实现这些分析技术的仪器称为全

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自动生化分析仪ｆ２１。

全自动生化分析仪以其高技术含量、高准确性、高精密度、高灵活性和高工作效率为特点，已成为现代临床检验科室中必不可少的设备之一，担负着越来越繁重的常规检验工作。用于临床检验血常规、心肌酶谱、血糖血脂、肝功、肾功、免疫球蛋白等常规生化指标。

临床实验室检验手段历经手工操作、半自动分析和全自动分析等过程。随着科学技术的飞速发展，使得生化分析仪的类型不断更新，功能不断完善，检测速度不断提高。对不同功能的生化分析仪，一般可按以下分类：

（１）按自动化程度分为全自动及半自动生化分析仪。半自动生化分析仪多半还要靠手工完成样品及反应混合体的递送，或是手工观测及计算结果。

（２）按反应装置结构分为连续流动式、分立式、离心式和“袋式”生化分析仪。

（３）按反应方式分为普通（液体）和干式生化分析仪。所谓干式是把样品直接加到滤纸片上，以样品作溶剂，使反应片上试剂溶解，进一步完成反应。由于反应片结构方面不断改进，观测能力增强，使干式生化分析技术有很大发展，干式生化分析仪目前多用于急诊和现场化验。

（４）按仪器复杂的程度及功能分为小型、中型和大型生化分析仪。小型一般为单通道：中型为多通道，通常同时可测２．１０个项目，有些仪器测定项目不能任意选择，有些可任意选择；大型多通道的仪器可同时测１０个以上项目，分析项目可自由选择。１．２．２全自动生化分析仪测定方法

生化分析是利用免疫反应的高亲和力、高度特异性和酶促化学发光的高敏感性和宽信号响应范围等建立起来的一种生化分析技术。凡是具有抗原性的物质，均可用ＣＵＡ定量测定的方法来测定其在生物组织中的微光含量。其测定的物质小到分子量只有２００Ｄ的类固醇素的药物，大到分子量１０００ＫＤ的蛋白质。

生化分析的研究起步于８０年化初，快速发展应用于９０年代，是当今最为敏感的微量分析方法之一，它利用免疫反应后产生的化学发光信号来指示免疫反应物含量的高低，以此达到对抗原或抗体物含量的检测。化学发光系统中，化学反应释放的大量２

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自由能产生激发态的中间体，当其回到稳定的基态时，发射出光子，利用光学检测系统和数据采集分析系统检测、分析发射光信号的强弱，检测出被测抗原或抗体物含量的高低，并配合计算及对结果进行分析，处理以及报告最终的结果ｆ卦。

ＣＬＩＡ法兼有放射免疫测定和酶联免疫测定的优点。主要表现在：

１．高敏感性（测定极限达１０．１Ｌ１０ｄ９ｍｏｌＢ）

２．

３．

４．可测定浓度范围宽，样品无需稀释即可检测试剂有效期长操作简单，检测自动化程度高，数据自动生成处理能力强；

在ＣＬＩＡ试剂检测中，免疫反应系统最常用的有两种模式：夹心法和竞争法１４］。在此对夹心法进行简单介绍，原理如图１－１所示。

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图Ｉ－１ＣＬＬ，气夹心法原理示意图

采用双抗体夹心法或者双抗原夹心法。样品加到固相抗体和抗原的不透明条板微孔中，反应足够时间后，被测定物质分子与固相成分特异性结合，洗掉游离成分。再加入碱性磷酸酶标记结合物，此标记与已知固相结合的待测物分子上的另一个特异性相结合。洗掉游离成分。加入发光底物工作液。如Ａ＂催化底物脱磷酸酯，发出４６３ｒａｎ的可见光。等待１０分钟后测定各样品的发光值。样品的发光值与其中的待测物浓度有关，如图１．２所示，样品中的待测物浓度根据｛牛测物标准品浓度和对应的发光值建立

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起来的数学模型进行定量。

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图ｌ一２发光值．样品浓度相关曲线

１．３全自动生化分析仪国内外的发展状况

全自动生化分析仪，国外已处于蓬勃发展阶段，并有数家公司在国内推销其测定试剂及仪器，如瓦雷克、亚培、雷勃均已推出各自的实验试剂及相应仪器并在国内建立了销售网络。但是由于仪器售价在３０万至２４０万不等，价格昂贵，不利于国内的推广使用。如ＬＡＢＳＹＳＴＥＭＳ的生化仪售价为３０万元，这些仪器的主要特点是【５１：

１．敏感光谱波长４００～６５０ｍｉｎ。

２．一次测量样品数最大９６个。

３．检测样品室恒温控制，温控精度±ｉｏＣ，温控范围室温～４５０Ｃ。

４．检测样品室预热在１５分钟内完成。

５．具有３个试剂加注器不同试剂，试剂加注范围５～１００／．ｄ，加注精度靴ｌ。

６．圆周振动，振动速度６０～９６０ｒｐｍ，振动半径ｌ～５０ｍｍ。

总之国外生化分析仪向专业化、通用化、自动化、微量化、组合式、微机化的方向发展。

专业化，有些疾病的发病率较高，需经常对某一生化指标进行检测，为此某些厂家生产出仅针对这一种情况的仪器。４

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通用化。对于大型医院来说，每天需要检测上千个样本，测试项目多达几十个，因此促进了大而全的生化分析仪的发展。

自动化。目前市场常见的各种型号生化分析仪其自动化程度都极高，实现了过程的全自动化。从采样、样本稀释、测量、数据处理和打印最终结果全部由仪器自动完成。

微量化。是现代生化分析仪发展的又一个显著特点，包括样品用量微量化和试剂用量微量化，最少的用量达到微升量级。如ＢＭ公司的快速全血生化分析仪，只需３２微升全血，不需分离血清血浆，便可测试１６个项目。

组合式。组合式设计（ＭｏｄｕｌａｒＤｅｓｉｇｎ）是现代生化分析仪发展的一个新特点，一方面整机由几个互相独立的模块组成，各个模块完成不同的功能，这种方式克服了由于仪器过于复杂使维护保养不方便的缺点。组合式设计使这些型号不但可用于各种特定需要，而且能加以组合，以发挥更大功效。

微机化。随着计算机技术的发展和应用，目前生产的各种生化分析仪器都带有内部计算机系统，并可通过标准接口与其它仪器或计算机连接。微机用于控制生化分析仪整个操作过程，使其实现快速自动测量，既能实现操作者和仪器的对话，还可以进行软件包的不断升级，使仪器的应用功能得到不断扩展、更新。微机化是国际分析仪器发展的趋势。

目前，国内全自动生化分析的研究尚处于起步阶段，仅在测定试剂方面有所突破。河南洛阳一家生物工程公司已研发出一系列化学发光免疫定量诊断试剂，对生物活性物质进行定量检测。可以测定的物质ｄ，Ｎ分子量只有的类固醇激素和药物，大到分子量１０００ＫＤ的蛋白质。而分析仪器发展还比较落后，仅北京一家公司研制生产了一种微弱光分析仪。此仪器仅具有微光检测的功能，一次测量样品数量最大为１００个。功能较单一．不能适应生化检测实验的需要，显然这种发展状况不利于国内生化分析测定试剂的开发、应用以及相关仪器的发展。而国外仪器价格昂贵，无法在中小单位推广使用，鉴于这种局面，为了推动国内生化分析技术的发展，使更多单位和医院能够以较低的价格购买医疗仪器，使用国产试剂，在保证检验手段的先进妇，准确性的基础上，降低成本，减少病人的经济负担，开发研制国产仪器替代进口仪器是我们的共

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同目标。

目前国内研制生产的生化分析仪半自动得比较多，例如中科院长春光机所的ＣＡ９５８型半自动生化分析仪，它由ＰＣ机控制或单机使用，在具有临床生化检验测量功能的同时，还可作吸光度时间扫描测量和连续光谱扫描测量。再如杭州美迪公司生产的ＹＫＩＯＯ型半自动生化分析仪，仪器配有大屏幕计算机，中文界面，采用先进的操作卡（ｔｃ卡）技术，操作卡可存贮检验项目参数，病人结果及图表曲线，每一操作卡能存贮７０种生化指标，操作简单等等。对于全自动生化分析仪，国内还没有自立研发的产品，这主要是因为它涉及光、机、电、算、液路、温控、生化分析等多方面的综合技术，系统结构复杂、控制时序要求严格、运行可靠性和精度要求高等，因此医疗机构的需求１００％依靠进口【６】。

近几年来，随着医学的发展，我国医疗机构对自动生化分析仪的要求越来越迫切。随着国内医院要求诊断指标的增多，测试工作量不断增大，半自动生化分析仪己远远不能满足需求，对全自动生化分析仪的要求日益增大，而国内生化分析仪生产的型号种类很少，又均为一般性的仪器，专门化和大而全的通用仪器几乎没有，仪器自动化程度和微机化水平低，因此全自动生化分析仪的研制和开发将有着重大的经济效益和社会效益。

１．４研究的内容及意义

１．４．１研究的内容及意义

自从Ｒａｄｒｉｓｘｅｗｋｉ于１８７７年首次发现化学发光现象以来，生化分技术已得到快速发展，随着近几年计算机技术的快带发展和应用，使得生化分析仪在自动化程度，检测速度、检测精度和保养维护方面获得极大的进步。目前全自动生化分析仪的市场前景非常广阔，而国内还没有自动生化分析仪器产品，因此，对此项目的研制有着迫切的需要，不但填补了国内的空白，同时，全自动生化分析仪仪是一台集光、机、电、算于一体的仪器，它的研制同时可以带动很多相关学科的发展。

如上所述，对于生化分析仪来说，要实现全自动地完成反应溶液的混合，保温、６

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检测、数据处理和报告打印等功能，除具有机械硬件之外，自动控制系统的研究是其能否实现自动化测量的关键，具有很重要的意义。硬件是基础，软件是核心、是灵魂。控制系统的作用是使仪器保持适当的工作条件，当用户放入检测样品，输入检验参数后整个仪器自动进行发光检测，并最终生成检测结果报告，打印输出给用户。

本课题是２００２年河南省重点科技术攻关项目“全自动生化分析仪”的重要组成部分，主要完成仪器主体结构、控制系统硬件及软件的设计。课题研究属于应用检测仪器开发，课题的目标是对“全自动生化分析仪”进行硬件及软件设计。

根据仪器的功能要求，全自动生化分析仪主要包括机械传动系统、微光检测系统、运动控制系统、恒温控制系统，上位机操作与数据处理软件包五个部分。依据此结构划分，课题工作的主要内容分为以下几个阶段：

１．在考虑市场前景、价格因素的条件下，进行生化分析仪的机械结构系统设计，实现在高精度定位条件下拖动平台进行高速圆周和平面运动，在选用步进电机作为动力、滚珠丝杠作为驱动装置后，研究在不失步条件下步进电机的升降速运动。实现课题所要求的各项功能指标。

２．系统分为上位机与下位机两部分，通过上位机操作系统软件实现控制下位机的运转，下位机检测数据上传到上位机，由上位机进行处理，得出结论，因此在通信系统中需研究上下位机之间通信协议的制定，处理通信中干扰的问题，实现上位机与下位机之间的高速实时通信。

３．研究箱体内部多点温度的检测，为保证恒温控制条件下加热功率的控制。

４．应用光子计数法进行微光检测，研究单光电子领域光电倍增管输出信号特征，并对其进行相应处理与识别，取出有用的电压脉冲信号，通过对电压脉冲的计数，实现微光检测。

本论文各章节安排如下，首先对生化分析及其国内外发展现状进行了分析，介绍了本课题的主要研究内容。在第二章中简述了仪器的结构、组成和测定方法。在第三章中详细介绍了机械部分的各部件的设计，主要包括ｘ、Ｙ两个方向的运动实现．步进电机的选取，滚珠丝杠的设计等。在第四章论述了分析已控制系统的组成，步进电机的控制方法和工作流程。在第五章中叙述了微光检测的方法，光子计数法的原理，

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消除干扰信号的方法。第六章是温度控制系统的实现方法，温度检测方法，ＰＩＤ算法在加热控制中的应用以及由单片机控制的恒温系统的工作流程，。论文最后总结了目前的工作现状，并对今后的工作进行展望。

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２全自动生化分析仪的工作原理及组成

２．１全自动生化分析仪的组成

全自动生化分析仪是一种自动化检测仪器，从温度培养、检测至输出结果的全过程完全由仪器自动完成。操作者只需将加有检测样品的微孔板放在仪器的样品托盘上，设定程序参数并启动仪器，即可等待检测报告输出，由于分析过程中没有手工操作，故主观误差很小，另外仪器具有自动报告异常情况，自动校正工作状态的功能，因此系统误差较小，给使用者带来很大的便利。

根据上面介绍的分析过程，全自动生化分析仪的结构应设计成以下几个组成部分：机械传动系统、上位机控制系统（包括恒温控制系统，数据处理系统）、下位机控制系统（包括微光检测系统、控制驱动系统、数据采集系统），人机交换控制系统、供电系统等。

２．１．１机械传动系统

图２－ｌ全自动生化分析仪机械传动示意图

１：步进电机２：直线运动球轴承支承导轨３：滚珠丝杠４：样品托盘

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如图２．１所示，机械传动系统包括步进电机驱动的、通过滚珠丝杠实现的）（＿－Ｙ方向相互独立的水平运动，以及由）（．一Ｙ方向合成的可以根据需要进行调整的圆周振荡系统［７１。机械传动主要实现以下功能：

１、微孔板的送入与送出。

２、检测托盘的夹紧与定位。

３、检测样品的振荡、混合，使其反应充分。

４、顺序控制实现样品的检测。

２．１，２上位机控制系统

该仪器在设计上采用上位机、下位机、机械传动系统相结合的方法，在上位机上装有仪器操作软件，通过上位机控制下位机，下位机控制机械传动系统的工作方式。其优点是【８Ｉ：

１、可视性较好，信息量大，便于学习和使用。

２、检测数据文档化，便于存储、输出以及网络共享。

３、便于进行检测数据的处理与统计分析。

４、下位机程序设计模块化，控制方便，可靠性高。

上位机软件采用ＶＢ编程，通过串行接口与下位机进行通信【９】。通信过程中，采用分步控制，下位机每执行完～个指令后，都要向上位机反馈信息，上位机获得正确信息后，再向下位机发出新的指令，否则仪器停止运行，并显示故障信息。

上位机主要实现以下功能：

１、检测仪器的文件处理功能：文件存储，打印输出，系统信息等。

２、仪器操作设定功能：其中包括箱体厘温设定、圆周振动速度、微光检测方式、

检测样品区域设定、标准样品区域设定、检测步骤设定等。

３、作为通信主控方，与下位机进行串行通信。４、应用相对分析法对检测数据分析处理，得出结论，将检测数据输出。

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２．１．３下位机控制系统

下位机控制系统包含两个相互独立的子系统：一个是基于ＤＳＰ主控制系统，另一个是基于单片机８９Ｃ５１的温度控制系统。

下位机控制系统主要实现以下功能：

ｌ、控制微光检测系统：通过光电倍增管实现微弱光信号的检测。

２、控制机械传动系统：主要是ｘ．Ｙ方向上的水平运动和Ｘ—Ｙ方向上合成的圆周

振荡运动。

３、温度控制系统：检测箱体温度，确保箱体温度适宜并且恒定。

４、串行通信系统：与上位机通信，接收控制命令，上传检测数据和相关信息。５、辅助控制与电路系统：串行通信电平转换接口，Ｘ．Ｙ位置检测系统、仪器盖

仓开闭检测与控制电路。

２．２全自动生化分析仪的检测原理

２．２．１全自动生化分析仪的检测方法

全自动生化分析仪的工作过程主要包括手工采集标本并制作样品，自动输送、振动混合、生物培养、化学反应、信号检测、数据处理、结果分析等步骤。其中在制作样品时，样品内包含标准品和待测样品，标准品就是已知确定浓度的样品，通常把它叫做样板，在检测过程中，首先根据已知浓度的样板，确定该浓度下发光值的大小并绘制成曲线，这个曲线就是标准蓝线。在整个检测过程中起着标定作用。然后通过检测待测样品发光值的大小，并与标准曲线进行比较，通过反求法求得待测样品的浓度法高。

全自动生化分析仪的微孔扳为标准的一次测量样品数最大为１２ｘ８实验板，如图２—２值，这种方法被叫做相对分析法，通过这种方法获得的结果，其准确性要比绝对分析２．２．２样品制作

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所示，每一微孔板容积为３００ＩＪｄ，每一份样品对应一个微孔，首先在检测前需要操作人员用移液器将标本和反应试剂逐一注入微孔板中，并标注那些微孔是标准样品，那些微孔是待测样品，然后启动分析佼，在系统初始化以后，使样品托盘伸出，并把微孔板放置到样品托盘上。

图２－２微孔板示意图

２．２．３样品输送，振动混合

样品的输送是通过样品托盘和机械传动来实现，当微孔板放置到样品托盘上以后（如图２．Ｉ所示），由上位机发出指令，系统首先对通信指令进行分析，取出样品输送的步骤代码并启动Ｘ方向上的步进电机，由步进电机驱动滚珠丝杠从而带动样品托盘进行移动，样品托盘移动的同时实现微孔板的定位与夹紧。当微孔板移动到指定位置后，由位移传感器发出信号给上位机，上位机再重新发出新的指令，系统通过对指令分析，取出样品振动指令，启动Ｘ、Ｙ方向上的步进电机，通过ｘ．－Ｙ方向上的合成运动实现振动与混合，振动混合的目的是为了保证反应物混合充分，化学反应进行彻底，以保证检测的准确性。由于有机化合物的粘度不同，混合时要求的振动速度也不同，因此振动速度的大小可以在６０－－－９６０ｒｐｍ的范围内调节，振幅可以在１－５０ｒａｍ内阔节。２．２．４样品培养

在生化反应过程中，一般均处于动态平衡．环境温度的变化对反应效率影口向较大。

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另外，对于不同的样品，其反应时的最佳温度也不相同，因此，该分析仪设计成一个密封的箱体，在具体测量时，为了控制反应温度，仪器内部设置有恒温控制装置。首先通过上位机进行温度设定，而箱体内的实际温度由ＤＳｌ８８２０温度传感器进行三个不同位置的测量，并把检测的结果反馈到上位机，由上位机进行判别箱体内的温度与设定温度的误差是否在士１℃以内，若超过误差要求，由上位机发出加热指令进行加热，直到满足要求。

２．２．５数据检测与处理

数据的采集主要是通过光电倍增管对样品进行逐个测量，并把光信号转变成电信号，然后通过下位机把这些数据传送到上位机，通过上位机对这些数据进行处理。

具体工作过程是，由上位机下达检测指令，指令包括检测区域，检测工作方式，要检测的参数等，下位机接到检测指令后控制Ｘ、Ｙ方向上的步进电机复位至检测的起

始位置，然后根据检测区域和检测方式分别控制Ｘ、Ｙ方向上的步进电机，每次运行１０ｍｍ，以便对每一个微孔进行微光检测，并将检测数据上传到上位机，检测结束后样品托盘自动复位。

２．３全自动生化分析仪的工作原理

全自动生化分析仪在整个检验过程中全部由微处理器自动控制运行。开机后系统首先进行初始化操作，然后操作人员手工将装有样品的微孔板放置在样品托架上，在向微机输入工作参数后，就可以斤始检验，微处理器根据操作人员输入的相关步参数来控制仪器运转，自动完成温控、振动、光检测、数据处理、报告结果等工作。

ｌ、系统启动或上电后，上位机与下位机分别进行初始化，上位机初始化以后，对下位机发出状态检测命令，确保Ｆ位机工作正常。如ＤＳＰ控制系统无回应信息或回应磺误信息，说明ＤＳＰ系统故障．仪器停止工作，如果回应信息正确，上位机向下位机发送检测命令检测温度。如果温度系统故障或无回应而ＤＳＰ系统ｌ｝常，则在操作软件

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中标示温控系统故障，但是系统可以工作。在下位机中，温控系统检测当前箱体温度值并上传，ＤＳＰ控制系统通过接近开关，触点开关，运动控系统等使托盘处于初始位置，系统处于等待状态，等待上位机发出新的工作指令。

２、仪器操作人员在上位机软件中对系统工作步骤、工作方式、状态等进行设定，设定后发送起动命令，上位机根据工作设定，按照工作步骤顺序依次向下位机发送工作指令。下位机每完成一项工作，都要向上位机发送标志信息，等待上位机发送下一步工作指令。

３、上位机控制系统是控制系统的中枢，下位机的工作与协调是否正确也是由上位机控制系统完成的。上位机控制系统主要完成温控、振动、检测、数据处理、输出结果四个部分，上位机依次将指令按设定顺序发送给下位机。其中首先向温控系统发送温度设定值，向ＤＳＰ系统发送振动参数，启动系统工作。当振动结束、温控系统控制箱体温度恒定且反应时间达到后，即可开始进行数据检测。此时通信控制权交由ＤＳＰ系统。在下位机工作结束后，系统复位，通信控制权交上位机系统，上位机对检测数据进行处理，求出标准样品检测拟合曲线，进而反求出待测样品浓度值，报告输出检测结果。具体的工作信息流程如图２．３所示。

ＤＳＰ系

上位帆

温控系统

图２－３系统Ｅ作与信息流程图４

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３分析仪机械传动系统设计及精度分析

根据全自动生化分析仪的工作原理和用途，机械传动系统必须满足以下要求：ｉ、Ｘ、Ｙ方向能独立运动，定位误差不大于ｑ－Ｏ．０３ｍｍ。

２、通过ｘ、Ｙ方向上的运动合成实现近似圆周运动的振动，振幅‘ｐ＝１～５０ｍｍ，转速ｎ＝６０～９６０ｒｐｍ。

３．１送料夹紧定位机构设计

３．１．１夹紧机构

如图３－１所示为样品托盘的结构示意图，当微孔板放置到样品托盘上时，在送料的过程中，Ｘ方向可移动的直线导轨

１固定不动，样品

托盘在Ｘ方向上步

进电机的驱动下，

通过导轨２向仪器

内移动，在导轨１

上斜面的作用下，

通过滚轮４推动夹

紧压板３，实现微

孔板的夹紧与定位。

采用这种方式图３－１样品托盘结构示意图１．ｘ方向可动直线导轨３．夹紧压板４．滚轮２．ｙ方向可动直线导轨５．复位弹簧

实现夹紧和定位，消除了人为放置时不准确的误差，另外，夹紧压板３的前端粘贴有橡胶以补偿样品托盘制造的误差。在夹紧压板３的后端，设置有复位弹簧５，通过复位弹簧５，一方面保证在松开时，夹紧压板的复位，另一方面保证滚轮４始终与导轨ｌ相接触【ｌｏ】。

华中科技大学硕士学位论文＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

３．１．２样品托盘的定位

为了保证样品托盘在送料时运行到指定位置，在振动完成复位时满足定位误差小于士ｏ．０３ｒａｍ的要求，在顺序检测完成复位时也满足定位精度要求，一方面通过控制步进电机的脉冲数来实现，另一方面在分析仪内部样品托盘的起点位置，通过两个磁敏式ＭＣＫ．１０－２位置开关传感器，来检测样品托盘在Ｘ、Ｙ方向上是否达到要求的位置，如果没有达到位置而脉冲数已够时，步进电机继续运行直到满足要求。

３．２机械传动系统设计

３．２．１传动系统的结构设计

如图３－２所示，支撑和导向系统的结构形式是：在Ｘ方向上采用直线运动球轴承支撑，驱动部分采用滚珠丝杠，Ｘ方向上的直线运动球轴承支撑分上下两层，Ｉ和ＩＩ，导轨Ｉ主要是把Ｙ方向的运动传递到样品托架上，从而使样品托架能够实现Ｙ方向上的运动，它是一个动轨，导轨ＩＩ主要起支撑ｊｆ

向作用，是一个定轨。在Ｙ方向上采用的结

构形式与ｘ方向基本相同，不同的是最上层

只有一侧有导轨Ⅳ，整个Ｙ方向上的导向和

支撑有导轨Ⅳ和上层导轨Ⅲ来实现，这样导

轨Ⅲ一方面起支撑和导向作用，另一方面还

要把Ｘ方向上的运动传递到样品托架上，

因此导轨Ⅳ是一个定规，导轨Ⅲ是一个动轨。

采用直线运动球轴承支撑，它的优点是［ｎｌ：

ｌ、摩擦系数只有０．００３—Ｏ．００５，摩擦系

数很小，运动灵活。

２、动静摩擦系数基本相川’因此启动阻

力小，不易产生爬行。３－２传动系统７．，构示意图Ｉ：Ｙ方向础导轨ＩＩ：ｘ方向定轨

Ⅸ；Ｙ左由定勃．ＩＩＩ：Ｘ左自动垃弛

６

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３、可以采用预紧的方法提高刚度。

４、导向精度高，寿命长。

５、润滑方便，可以采用脂润滑，一次装填长期使用。

传动系统的结构形式是采用步进电机直接驱动滚珠丝杠，这样一方面可以减少传动系统的误差，另一方面还可以减少调整环节，使传动系统结构简单，体积小，重量轻，效率高。采用滚珠丝杠的优点是：

ｉ、传动效率高，滚珠丝杠副的传动效率达到８５％－９８％，是滑动丝杠副的２—４倍。２、运行平稳，滚珠丝杠副在工作中摩擦阻力小，灵敏度高，而且摩擦系数几乎与

运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩相差很小。

３、定位精度和重复定位精度高，在运动中温度变化较小。

４、同步性好，反应灵敏，无阻滞，无滑移。

５、使用寿命长，使用可靠，润滑简单，维修方便。

根据分析仪的工作原理，为了对每一个微孔进行测量。要求定位精度比较高，驱动装置频繁的启动和停止，此外，为了通过ｘ．＿ｙ方向上的运动来合成圆运动，驱动装置必须能够实现启动一升速一降速一反向启动一反向升速一反向降速，这样一个循环，并在振动结束后恢复到原位。因此，驱动装置必需选用步进电机或伺服电机，由于步进电机造价低，控制系统简单，运转角度只与脉冲数有关，不会产生积累误差，并且能够满足要求，所以初步选取步进电机为驱动装置，这样就要求传动装置反向灵敏、运动平稳，定位精度高，运动阻力小。为此选用滚珠丝杠作为传动装置，选用直线运动球轴承支撑实现导向。

３．２．２直线运动导向装置的设计计算

１、样品托盘的质量和加速度

如图３。２所示，导向支撑采用直线运动球轴承支撑【１２】，其负荷计算为：

（１）微孔板与样品的重量，根据图２－４塑料微孔板的结构尺寸和试剂加注范围

５～１００１１１，求得微孑Ｌ板与样品总重量为：ｍｌ＝Ｏ．１５（埏）

（２）品托盘的重量：根据零件图尺寸，材料采用铝合金，求得样品托架重量为：７

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ｍ２＝１．５３（ｋｇ）

（３）选直线导轨的直径，查《机床滚动轴承应用手册》，初选导轨直径ｄ＝１６ｍｍ

的标准型ＺＸｌ６２８３７直线导轨，由此得出：

直线运动轴承重量Ｏ．２埏，直线运动轴承座重量０．２５ｋｇ，故直线运动轴承和轴承座总重量１３３．３＝２（Ｏ．２＋ｏ．２５）＝０．９（ｋｇ）

以上合计ｍ＝ｍｌ＋ｍ２＋２ｍ３＝３．４８（ｋｇ），取ｍ＝３．５（ｋｇ）

（４）微孔板与样品托架的惯性力

当ｎ１＝９６０ｒｐｍ＝１６ｄｓ时，９＝１ｍｍｎ２－－６０ｒｐｍ＝ｌｒ／ｓ时，母＝５０ｒａｍ由分析仪的工作原理，ｎ是ｘ、Ｙ方向上的合成运动，每一转ｘ方向和Ｙ方向上的工作过程是：启动～升速一降速一反向启动一反向升速一反向降速。

升速或降速的时间为：ｔ＝÷

ｎｌ＝１６ｆｆｓｌ对，ｔ１志＝ｏ．０１５６（５）ｎ２＝ｌｒ／ｓ时＾＝击－ｏ．２５（Ｊ）

直线运动加速度按等加速度计算Ｊ＝ｉ１≯＝ｉ１口ｆ２位移：

口＝等ｔ拣铲器“?咖／ｓ２，

铲罂：０．８…（ｍ／ｓ２）口：２西２

因为ａＩ＞－ａ２取ａ＝ａｌ＝４．１（ｍ／ｓ２）

２、线导轨Ｉ的设计计算

如３．３所示，为直线导轨Ｉ结构示意图，根据分析仪的结构和工作原理，样品托盘上的重力和惯性力全部由两根直线导轨所承受，每一根导轨所承受的质量力为：Ｆｍ【＝ｒａｇ／２＝３．５ｘ９．８／２＝１７．２（Ｎ），

每一根导轨所承受的惯性力为：ＦＧｌ＝ｒａｇ／２＝３．５ｘ４．１／２＝７．２０＇０其受力简图如３４所示。，作用在一个导轨上的惯性力为：Ｅ＝ｍ．ａ＝莩×４．１＝７．２（Ⅳ）

华中科技大学硕士学位论文，＝扛再酉＝厄丽＝１８．７（Ⅳ）

取最大挠度Ｊ，一＝Ｏ．０２（ｍｍ）

图３－３直线导轨Ｉ结构示意图图３－４导轨Ｉ的受力简图

ｙ。＝篙＝筹…ｃｍ，（Ｅ＝２．１ｘ１０＂ｃ如，

ｄ≥｛／一坐坚譬型：旦ＬｊＶ３牙×２．１×１０儿×０．０２ｘ１０一’＝４．４１ｘ１０‘３（肌）＝４．４１（ｒａｍ）

考虑加工工艺和计算时简化的误差，以及夹

紧时所需斜契的尺寸，取ｄ＝１６ｍｍ满足要求。

３、直线导轨Ⅲ的设计计算如图３．５所示为

直线导轨Ⅲ的结构示意图，根据分析仪的工作

原理，直线导轨Ⅲ以上的全部重量由两根直线导

轨Ⅲ所承受。单根导轨Ｉ的质量为：

ｍｌ－三×ｄ？רＰ

；×．×．×．：．

ａｌｌｌｌ＝２ｍｉ＋ｍ＋２ｍ３

＝２×０．７１＋３．５＋２ｘ０．９＝６．７２（蚝），＾图３－６直线导轨ＩⅡ受图３－５直线导轨Ⅲ结构示意单根导轨所受的重力为：

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ｒｎｍｎｉ＝ｍ，ｎｍｇ／２＝６．７２ｘ９．８尼＝３３（Ｎ）

单根导轨所受的惯性力为：

ｍＧＩｌｌ＝ｍｒｎｍａ／２＝６．７２ｘ４．１／２＝１３．８（Ｎ）

单根导轨所受的合力为：

ＦＩⅡ３＝√Ｆ三ｄ＋Ｆ三ｄ＝４１３．８２＋３３２＝３５．８（Ｎ）

受力简图如图３．６腻取最大搬为ｏ．０２衄，则有：ｙ一＝器＝罴，

ｄ≥刮丽篆麓监丽＝０．０１４６４８ｚ，２

Ｖｘ．×１１０¨×．００２×１０ｑ（ｍ）＿１４．６（ｍ）、。、。

取ｄ＝１６ｍｍ满足要求

４、直线导轨Ⅱ、Ⅳ的设计计算根据图３．７所示，直线导轨Ⅳ比直线导轨ＩＩ长，并且导轨Ⅳ是单根导轨，承受的载荷要比导轨ＩＩ大，为此，只计算导轨Ⅳ，取导轨ＩＩ与导轨Ⅳ的直径相同即可满足要求。单根导轨ＩＩＩ的质量为：

珊矿三删×毛×ｐ

：一／Ｔ×０．０１６２×０．５×７．８５×１０３４

＝Ｏ．８（妇）

移动部件的总质量为：

ｍＤ＝ｍｍ３＋２ｍＤ３＋３ｍｔ

＝６．７２＋２×０．８＋３ｘ０．９

＝１ｌ（ｋｇ）

按照Ｘ、Ｙ方向每跟导轨各承受

图３．７直线导轨ⅡⅣ结构示意图

二：分之一计算得：

ｍｏｙ＝０．５ｍＤ＝５．５（ｋｇ）

导轨Ⅳ所受的惯性力为：

ｍＧｍ４＝ｍＤｙａ＝５．５×４．１＝２２．６（Ｎ）

导轨Ⅳ所受的重力为：图３－８直线导轨ＩＩ、Ⅳ受力简图２０

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１１１Ｇｍ４＝ｍＤ旷ｇ＝５．５ｘ９．８＝３６‘３（Ｎ）

作用在导轨Ⅳ上的合力为：＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝自—＝＝＝；＝＝＝＝；＝＝＝；

ｋ＝√砭。。＋矗；√２２．６２＋５３．９：＝５８．５（Ｎ）

取最大挠度为０．０２ｍｍ，则有：ｙ。。；器一丽６４Ｆｅ３，（３－１）ｄ乏；０．０１３１（ｍ、＝１３．１（ｒａｍ）

故取ｄ：１６ｍｍ满足要求【１３】。

综合以上计算，四组直线运动球轴承支撑导轨副全部采用ＧＴＢｌ６，其性能参数如表３－１所示。表３－１直线导轨性能参数【１１

Ｉ型号规格许用长度Ｌ（ｍｍ）

＝６５０额定动载荷Ｃ。（Ｎ）４２１．４额定静载荷Ｃｏ。（№７２５．２ｌＧＴＢｌ６

５．直线运动球轴承支撑额定寿命计算

在四组直线运动球轴承支撑导轨副中，直线导轨ＩＩ、Ⅳ的载荷最大，使用的频率最高，为此主要计算直线导轨ＩＩ或Ⅳ的额定寿命【１１】。

因为工。（丛华。知，×Ｋ（３－２）１。｝、

，＾：硬度系数，，』ｌ，（滚道实际硬度ＨＲＣ／５８），由产品样本查得实际硬度不小于

ＨＲＣ５８，故＾＝１

ｆ：温度系数，在工作温度小于１００。Ｃｔｉ寸，

２５。Ｃ～４５＂Ｃ范围内，故ｆ＝１ｆ＝１，生化分析仪的实际工作温度在

丘：接触系数，由参考文献【１１１查得每根导轨上滑快数为２时，凡＝ｏ?８１

无：精度系数，根据生化分析仪的精度要求，直线运动球轴承支撵的直线导轨精度

等级选用Ｇ级：由参考文献…查得￡＝Ｏ．８～－————————————————————————————————————一

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＾：载荷系数，由于生化分析仪在运动过程中，除重力外主要时惯性力，因此，按

有振动的高速运动情况查【１１１得，ｗ＝２

Ｆ：计算载荷，按照四组直线运动球轴承中载荷最大的导轨Ⅳ来计算，每个直线运动

轴承承受的载荷为Ｆ＝Ｆ。４／２＝５８．４／２＝２９．２（Ｎ）

Ｋ：额定寿命单位，滚动体为滚珠时，Ｋ＝５０（ＫＮ）

ｅ：指数，滚动体为滚珠时，ｅ＝３

Ｃ。：额定动负荷，由表查得，Ｃ。＝４２１．４（Ｎ）

则：Ｌ：（丝坐坠坚。型）：。５０：５１１１．４（ｋｍ）、２３０７

寿命时间计算，查参考文献【“１得：小羔

ｆ，＝５０（ｒａｍ）＝０．０５（ｍ）

“Ｊ（３－３）其中：额定寿命Ｉ＿，＝５１１１．４，ｌｓ：行程长度，在ｎ２＝６０ｒｐｓ，“。五丽丽丽４Ｌ一五５丽１１丽１．４丽ｘ１０３—１４１９８．３（ｈ）

按每年工作日为３００天，每板８小时，开机率为９０％，则：

三。！兰！！塑。６．５７（年）：６．６年３００×８×０．９

３．２．３滚珠丝杠传动系统设计

１、丝杠载荷：导轨摩擦力，

直线导轨滚动摩擦系数卢，导轨承受的最大载荷Ｆ＝５８．４（Ｎ）

由表得ｃ。。＝７２５?２，妣ｉＦ?面５８．４－。．。８

查参考文献【１１】得：“＝０．０１

Ｆ，一肛Ｆ＋厂一Ｏ．０１×５８．４＋４×５＝２０．５８４（Ｎ）

华中科技大学硕士学位论文其中，ｆ为密封件阻力，每个滑块座ｆ＝５（Ｎ）

２、丝杠的导程和转速

取丝杠的导程Ｐ＝５ｍｍ

根据生化分析仪工作原理可知，在振荡过程中，其运动过程为：启动——升速——降速——反向启动——反向升速——反向降速。振动转速ｎ：ｌ＝９６０（ｒ／ｍｉｎ）时，Ｆｌ＝１（ｍｍ）

振动转速ｎｚ２＝６０（ｒ／ｍｉｎ）时，Ｆ２＝５０（ｍｍ）

（１）换向频率：正一坚（３－４）６０●●

ｚ：每振荡一转时步进电机换向次数ｚ＝２；

ｎ：振荡转速，％＝９６０ｒ／ｍｉｎ时，厶一等×２＝３２（次／秒）

厅：：一６０ｒ／ｍｉｎ时，正：?器ｘ２＝２（次／秒）

（２）降速运行时间ｔ：ｆ一÷，则：

ｒ１｜击。丽１；０．０１５６（秒）ｐｉｌ＝瓦１＿０．２５（秒）（３）升降速丝杠转角：ａ。旦。３６０。；１８０。旦２ＰＰ（３－５）

ａ。一詈×?ｓ。。－ｓｓ。ａ：＝５０；×－ｓ。。＝１８００。（４）升降速丝杠平均转速：‰－孚ｘ丽６０－石０挖，丽３６娟ｓ（３－６）ｃ咖㈤‰一黑＝鲫ｃ咖ｉｎ）

（５）当量负荷：直线运动按等加速计算，则：

ｓ＝了１扩所以口一筹ｓ。ｉ１Ｄ口睾＝笋”等＝器“，吣２，

２３

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ＦⅢ＝Ｆ，４－ｍ

ａ

ｆ：１２，ｊ＋ｍａｌ；２０．５８４＋４．１ｘ１１＝６５．６８４（Ｎ）一６５．７（Ｎ）

Ｆ

２?Ｆ，＋ｍａ２?２０．５８４＋ｌｘ０．８＝２９．３８４（Ｎ）－２９．４（Ｎ）

（６）初选滚珠丝杠直径【１４１

由参教舭觚。－（半×≯×击

查【“１得：＾＝１

ｆ一１

（３－７）

Ｌ，１ｆｗ，２

要求使用寿命１０年，每年工作３００天，每天工作８小时则：ＬⅣ?３００×１０ｘ８?２４０００（ｈ）

Ｃ。一

（３—８）

Ｃ。ｌ＝

＝１５７６．８（Ⅳ）

Ｃ。２?

，７０５．６（Ｎ）

初选丝杠为内循环单螺母，ｄ。ｚ１６最一５

型号为：ＦＦｌ６０５．３的滚珠丝杠副。其性能参数如表３—２所示

表３－２滚珠丝杠性能参数表

公称直

规格代号

ＦＦｌ６０５．３

公称导程

Ｄ

丝杠外径

ｄ１１５．５

钢球直径

Ｄ。３．５

丝杠底径

ｄ，

循环圈数

３

基本额定负荷动载荷Ｃ。（ＫＮ）

７．６

刚度

Ｋｃ

径ｄｏ

１６

动载荷

Ｃｍ删）

１３＿２

Ｎ／ｐｍ

２００

５１２．９

Ｃ。＝７６００（Ｎ）大于ｃ。，＝１５７６．Ｓ（Ｎ）满足要求

３、如图３－９所示为滚珠丝杠工作示意图，则丝杠螺纹部分长度：

孽。Ｉ孽，＋￡。＋２已

２４

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ｆ，

ｆ最大工作行程，￡：＝３００（ｒａｍ）ｅ。螺母长度，ｌ。＝４２（ｍｍ）端部预留行程，ｃ＝５４（ｍｍ）￡。＝３００＋４２＋２＋５４＝４５０（ｍｍ）

目３－９滚珠丝杠工作示意图

１．步进电机２．滚珠丝杠３．直线导轨４．滚珠丝杠螺母５．机架

４、支承跨矩取

５、临界转速：

，２支承方式系数，两端固定，，２＝４．７３ｄ：丝杠直径，ｄ：＝１２．９＝０．０１２９（ｍ）工。临界转速计算长度，Ｌ。一言＋￡。＋ｅ。＋生争（３－９）工。＝４２２＋３００＋５４＋Ｔ５００－４５０；４。ｏ沏ｍ）＝ｏ．４∞）

ｎ。＞．ｎ。。满足要求％圳。。警＝９９００ｘ警一１７８５８川ｍｉｎ，

３．３驱动装置设计及精度分析

３．３．１驱动装置设计根据生化分析仪的工作过程，采用步进电机进行驱动，步进电机与滚珠丝杠直接连

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接，根据第二节换向频率和滚珠丝杠的转角计算，步进电机的启动频率为：

ｆ：旦，

尸ｔ

Ｐ。为步距角，初选步距角为１．８度。

贝０：ｆ。一工五‘ｉ３ｉ６而＝１２８２（Ｈｚ）ｆ：＝ｉ１１五８＝＿０石０五一４。ｏ。（Ｈｚ）

由于转速为６０ｒｐｓ，振动幅度为５０ｍｍ时，升速或降速时间为０．２５秒，比较长，中间可以恒速运动，按ｆｌ来选取启动频率，初步选取８６ＢＹＧ２５０Ｃ．ＳＡＦＲＢＣ一０３０２，其性能参数如表３－３所示。

型号

相

表３－３步进电栅眭能参数表

步距角

转子齿数

５０

静态

电流

保持转距

Ｎ．ｎｌ

＝７

相电

阻

０３

相电感

ｍＨ１５

定位转距

Ｎ．ｍ０．２

空载起动频率

Ｈｚ１７００

运行频率

Ｈｚ６０００

转动惯量

ｇ．ｃｍ。３０００

数

２

（度）

０．９／１．８

（Ａ）

８６ＢＹＧ２５０Ｃ

３

进给驱动系统的驱动力矩

丁０＝耳＋％＋丁南＋耳

（３—１０）

乙：进给系统的驱动力矩；如：预紧后的附加摩擦力矩。

耳：外载荷产生的摩擦力矩％：其它零件产生的摩擦力矩。

％：惯性力矩。

１、外载荷产生的摩擦力矩Ｆｃ：进给方向上的外力，Ｅ＝０

耳＝笔笋

肛：摩擦系数，肛＝０．０１

’

ｆ３一ｉ１）

Ｅ。：传动效率，查参考文献【１１】得，未预紧时的传动效率，Ｅ。＝Ｏ．８５

耳。坐坚坐业．１．００９（Ｎ．ｍ）

１

２：ｒＸ０．８５

２、由于滚珠丝杠两端不预紧：

３、其它零件产生的摩擦力矩：

％＝Ｏ

砟

查文献［１１】得滚动轴承的摩擦系数，／ｘ＝０．００４，轴承型号为１０，ｄ＝１０（ｍｍ），则：

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耳?卅ｇ脚／２－１１ｘ９．８ｘ０．００４×争１旷＝２．０６×１旷（ｉｖ㈣

４、惯性力矩：％吐蠹（３一１１）Ｊ。：折合到电机轴上得总转动惯量，Ｊ。＿－Ｊ。＋Ｊ。＋Ｊ。

Ｊ。：步进电机的转动惯量，Ｊ。＝３ｘ１０‘４（Ｋｇ．ｍ２）

。滚珠丝杠的黼睽量小警ｘｌｏ“

其中：Ｐ材料密度，Ｐ；７．８１（ｇ／ｃｍ３）Ｄ滚珠丝杠的公称直径，Ｄ＝１６（ｍｍ）

Ｌ．滚珠丝杠的长度，Ｌ＝５５０（ｍｍ）正。坚婴辈善咝观５。１０“（ｋｇ．ｍｚ）ｋＫｇｓ。———————————；ｊｉ———。—一。‘’３。ｏ

Ｊ。：移动部件折算到滚珠丝杠上的转动惯量，

Ｊ。一ｍ０２×１０～＝１１×（５）２ｘｌｏ－６—０．０７ｘ１０．４（ｋｇ．ｍ２）

ｍ：移动部件的质量，ｍ＝ｌｌ（ｋｇ）Ｐ：滚珠丝杠的螺距，Ｐ＝５（ｍｍ）

Ｊｍ＝，Ｄ＋Ｊ，＋．，，＝５．７５ｘ１０－４（Ｋｇ．ｍ２）

１０－４Ｔｏｚ－５．７５ｘ

ＴＧ２ｍ５．７５ｘＩ旷×罴－０．２８９（№）Ｘ丽７面７０ｘ厩；２．９７（Ｎ．ｍ）

ＴＭ—Ｔｐ＋ＴＦ＋Ｔ０１—４．２７（Ｎ．ｍ）

取Ｔｊ。＝１．５Ｔｍ得：Ｔｉ。。。－１．５×４．２７－６．４０５＜７（Ｎ。ｍ）

所取步进电机满足要求。

３．３．２定位精度分析

１、刚度计算和反向死区（１５ｔ

２７

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（１）滚珠丝杠的纵向刚度

Ｋ。乩１６５×誓２＝０１６５ｘ窨＝６８．６（Ｎ／舯）５Ｚ．０．４１７

其中；ｄ：。：滚珠丝杠的底径，ｄｓｐ＝１２．９（ｍｍ）ｚ；：丝杠的自由长度，ｇ。＝Ｏ．４（ｒａｍ）

（２）滚珠丝杠的扭转刚度Ｋ。，则

ＫＴｌ７斟菩４＝７．８４ｘ等＝５４２．８（Ｎ．ｍ／ｒａｄ）㈣㈣将丝杠扭转刚度折算到工作台运动方向的直线刚度Ｋ。

Ｋ。。尚：ＫＴ。１０。。（孕）：×５４２．８×１０，８５７１５７．５（Ｎ／ｍｍ），８５７（Ｎ／＾ｚｍ）

根据前面的负载计算，可知轴向和径向载荷特别小，所以对整机刚度影响特别小，为此，可以不考虑轴承和轴承座的轴向刚度。

（３）总刚度

土。上＋土。！＋土

Ｋ。４Ｋ。ＫＴ５４ｘ６８．６８５７（３．１３）

Ｋｇ一２０７．８（Ｎ／／ａｍ）

（４）反向死区

由于生化分析仪振动时步进电机的工作过程在反向时惯性力近似等于零，静摩擦力就等于丝杠上的轴向载荷。６：堡…２，ｕｏｍｇ！！！！！Ｑ：！！！！：生ｌＯ＜，ｕｍ）＜３０（，ｕｒｎ）Ｋ。Ｋｇ１８５（３．１４）

Ｆ０：静摩擦力，Ｆｏ＝＃ｏｍｇ

２、定位精度分析满足进给要求。

（１）丝杠在拉压载荷下的最大弹性位移ｄ。

ＥＡ）５１－３（华中科技大学硕士学位论文小黑×１０。；—兰型坠堡一Ｉｏ．２６６肼ｍ’４。…４×！×０．０１２９２×２．１×１０”

ｆ：丝杠支承跨距，ｆ＝Ｏ．５（ｍ）Ｆ：轴向载荷，Ｆ＝ＦＦ＝５８．４（Ｎ）Ａ：滚珠丝杠螺纹部分的最小截面面积，Ａ＝三ｄ；

（２）滚珠丝杠与螺母的接触变形６。

ｄ。；詈，ｉ５８万．４＝０．２９２（口ｍ）Ｋ。丝杠刚度，查参考文献ｆｌｌ】得：Ｋ。＝２００（Ｎ肛ｍ）（３）丝杠系统的总位移：６；６。＋６。＋６。

ｄ。轴承的接触变形，由于轴向载荷很小，近似认为６。＝Ｏ

６—６。＋ｄ。＝０．２６６＋０．２９２＝０．５５８（ｐｍ）＜３０（／Ｙｍ）

定位精度满足要求。

３、传动系统无阻尼固有频率的计算

叫∞Ｉ跞

５４２．８ｉ而了一１４５３（ｒａ挑）

ｚ，＝５０（３．１６）则∞。；４、步电机无阻尼固有频率的计算０９“一√ｚ，』０，ｏ／ＪｄＺｒ：转子的齿数，由表３－３得（３－１７）

１０：步进电机的静态相电流，由表３－３得

Ｊｄ：步进电机的转动惯量，由表３－３得Ｉｏ＝３（Ａ）Ｊｄ＝３ｘ１０４Ｋｇ．ＩＴｌ２ＫＴ：步进电机的转距系数，通过对８６ＢＹＧ实验测得ＫＴ＝１．２３贝０３—７８５（ｒａｄ／ｓ）∞ｎｄ一、『５０３ｘ×１１．２。３一。ｘ

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３．４机电传动系统数学模型的建立及动态特性分析

３．４．１生化分析仪机电传动系统方块图

生化分析以再振动混合时，其运动是ｘ方向上的运动与Ｙ方向上的运动两者的合成，要求振动转速ｎ＝６０～９６０ｒｐｍ，振幅巾＝１～５０ｍｍ，不考虑转速误差和振幅偏差。在数据检测时，当微孔托架沿Ｘ方向或Ｙ方向移动时，每次移动ｌＯｍｍ，定位误差不大于±０．０３ｒａｍ，ｘ方向的位移为ｌＯ×７＝７０ｍｍ，ｙ方向上的总位移为ｌＯｘｌｌ＝ｌｌＯｍｍ，根据这些要求，控制系统选用开环控制，其系统方块图如下：

图３一ｌｏ系统方块图

由于Ｘ方向上的传动与Ｙ方向上的传动系统是相互独立的，在分析以检测过程中没有合成运动，而振动混合是虽然时混合运动但无精度要求，为此Ｘ方向的方块图与ｙ方向上的方块图完全相同，即：

ｏｊＸ（ｔ）

图３－１１Ｘ方向的方块图

３．４．２驱动系统的数学模型

步进电机的动态方程包括运动方程和电压平衡方程ｆ１６】，其表达式为：

瓦一Ｌ＝Ｊｄ矿ｄ２０＋，ｄ塑ｄｔ（３－１８）警“胁ｍ－ｌ＇２…Ⅱ）（３．１９）

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Ｊ。：步进电机的转动惯量（ｋｇ．ｍ２），ｄ是粘性摩擦系数Ｒ：相绕组电阻（Ｏ）

：Ｔｌ：摩擦转矩Ｔｃ：步进电机步磁砖矩（Ｎ．ｍ）

帆：Ｒ向磁链（ｗｂ）：ｉｋ：Ｒ向电流（Ａ）：ｕｋ：Ｒ向电压（Ｖ）

对于二相混合时步进电机：

ｔ—Ｌ＋瓦

Ｌ：电流ｆ。产生的Ａ相点的转矩

％：电流ｆ。产生的Ｂ相点的转矩Ｌ—－ｚ，九ｆ。ｓｉｎ（ｚ，目）瓦＝一ｚ，九ｊ。ｓｉｎ［ｚ，ｐ—Ａ）】（３－２０）

代入（３．１８）（３－２０）得转子的运动方程为：

Ｊ４矿ｄ＂Ｏ＋凡警＋ｚ，掣，．ｉａｓｉｎ（ｚ，Ｏ）＋ｚ，叽，ｉｓｓｉｎｋ（日叫Ｍ（３．２１）当转子在平衡位置有一个微小位移△ｐ（ｆ）时，各相电流ｉＡ和ｉＢ就会产生电流钙和出口的变化，用０一％＋口

行线性化，忽略无穷小量的乘积项得ｉ．－，。＋世。ｉ日一，。＋Ａｉ口代入公式（３－４）并进

Ｊ。学＋厶掣化，妒。［ｏＣＯＳ［竽（㈣ｈ，妒．ｓｉｎ（竽心。一Ａ／小。（３－２２）

对于步进电动机，Ａ、Ｂ二相电压平衡方程为：

ｕ－ＲｉＭ一￡警一肘警＋丢眇一ｓ（朋】ｊ０

ｕ：绕阻端电压（Ｖ），

Ｍ：ＡＢ两相互感（Ｈ），

３．４．３步进电机的传递函数

在一相励磁时，由于ｋ＝Ｏ代入公式（３．２２）得Ｌ：各相绕组自感（Ｈ）。Ｒ：相绕组电阻（０）。０－２３）“一只‘一五百ｄｉｓ—Ｍ等＋丢却。ｃ。ｓ［ｐｐ—Ａ）】｝?。（３－２４）

华中科技大学硕士学位论文Ｊ。学＋厶掣仡‰灿。

其中ＡＯ一００一０。

０。为步进电机输出转角，０。为步进电机理论输出转角，代入公式（３．２５）得㈢ｚｓ，

，。学＋厶掣＋２ｚ；ｔＰ．１０００ｍ２咖，印

在初始条件下进行拉普拉斯变换得：

Ｏ２Ｊｄ＋叽＋２ｚ；，ｔｏ。，。）ｏ。０）＝２ｚ；妒。，。）ｏ，０）（３—２６）（３．２７）Ｇ∽。器。≯‰＝两啬而步进电机的传递函数为：

（３－２８）

式中：叫．。＝√墨雩≥量为步进电机无阻尼固有频率（Ｈｚ）

｝一。西毒ｉ为衰减系数白＜。．５

３．４．４丝杠．工作台的数学模型

根据图（３—９），步进电机输出转角为疗。（ｆ），工作台输出位移为ｘ（ｔ）则丝杠．工作台系统的动力学方程微【１７ｌ为：

Ｊ，争＋正掣岖垧＝－芸Ｋ，Ｏｏ（ｒ）

对公式（３．２９）进行拉普拉斯变换得：（３－２９）

Ｇ㈧，器；丽考杀丽＝丢‘万袅Ｖ，ｊ２＋Ｌｓ＋Ｋ，）ｘｏ）；．兰Ｋ，ｅ。ｏ）（３．３０）

＠ｓｚ，

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－，．：等效到滚珠丝杠的总转动惯量，（Ｎ．ｃｌｒｌ．ｓ２）Ｐ：滚珠丝杠的螺距（锄）。

等效到丝杠上静传动装置总的扭转剐度，（２ｑ．ｃｍ／ｒａｄ）。

等效到滚珠丝杠上的导轨粘性阻尼系数。磁：，；：

３．４．５机电传动系统动态特性分析

㈣吲趴叩卜器‘器一嚣?雨矗丽ｘ焘

Ｇｏ）＝兀ｉ五再＿西者≥万而丽∞二ｘ∞二ｏＰ／Ⅱ根据传递函数的定义，可以得出分析仪机电传动系统的传递函数为』１８】：（３１３１）．——

’ｓ‘＋（鸳，％＋２言ｄ∞一），＋（啦｝，峨ｄ埘。＋埘二＋叫三）ｊ：＋（砖Ｊ‰《＋２０，ｍ。∞二ｐ＋（吒，‰）：

根据公式（３．１６）（３—１７）计算得结果代入式（３，３ｔ），初选白＝０．３，Ｇ＝ｏ，６得

（３．３２）

由于该系统是开环系统，所以整个系统一定是稳定的。

如果输入的是阶跃函数．对公式（３—３２）进行分式化得：

工０）．！＋—蔓＿＋旦＋—￡－＋卫一

ｊｊ＋Ｓｌｊ＋：ｊ＋ｊ】，＋ｊ４（３＿３３）

Ｓｌ＋Ｓ２＋Ｓ３＋５４—２．２ｘ１０３

。２５２＋￥３Ｓ４＋￥１Ｓ３＋￥２Ｓ３＋ＳＩＳ４＋￥２Ｓ。４４３?５。１０６（３－３４）

（ｓ３＋５４）ｓ１Ｓ２＋０Ｉ＋ｓ２）５，５４＝２×１０’

ｓ１５２ｓ，Ｊ４＝１．３×１０１２

４＋丑＋Ｃ＋Ｄ１０

Ａ（ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）＋Ｂ（ｓｌ＋Ｓ３＋ｓ４）＋Ｃ（ｓ１＋Ｓ２＋ｓ４）＋Ｄ（ｓｌ＋Ｓ２＋ｓ３）皇０

Ａ（ｓ２Ｓ３＋￥２Ｓ４＋ＳｊＳ４）＋Ｂ（ｓ１Ｓ３＋ＳｚＳ４＋Ｓ３Ｓ４）＋Ｃ（ｓｌｓ２＋￥２Ｓ４＋ｓ１５４）＋Ｄ（ｓｌｓ２＋ｓ２ｓ３＋ｓ１Ｓ３）＿０Ａｓ２５）ｓ４＋Ｂｓｌｓ３Ｓ４＋Ｃｓｌ５２５４＋ＤｓｌＳ２Ｓ３直０

（３－３５）

通过求解两个方程组（３．３４），（３．３５）解得ｓｌ，Ｓ２，ｂ，Ｓ４，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ并代入到公式（３．３３）后，再然后进行拉氏反变换得：

ｚ（ｒ）；［１—１．１ｅ一。５‘ｓｉｎ（７４９ｔ＋７３。）１（１８１６ｅ“７２‘ｓｉｎｌｌ６２ｔ）（３‘３６）

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根据响应函数公式（３．３６），可做出其理论响应曲线如图３－１２所示，图中实线为试验曲线，两者吻合较好。

由以上计算分析可知，整个系统完全

能够满足生化分析仪的设计要求。图３．１２过渡过程特性曲线

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４分析仪控制系统的设计

４．１控制系统总体设计

全自动生化分析仪计算机控制系统的硬件主要由上位计算机、数字信号处理器ＤＳＰ为核心以及单片机８９Ｃ５１数据采集模块组成。所要实现的功能包括对步进电机的控制、温度信号的采集，检测数据的采集和大量数据的处理。

根据上述系统功能要求，ＤＳＰ控制及数据采集模块应包括供电电路、电平转换电路、可编程逻辑器件、Ａ／Ｄ转换电路及串行通信电路口９１。控制系统的硬件框图如图４．１所示。图４－１坌自动生化分析仪控制系统结构与信息示蕞图

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４．１．１上位机控制系统：：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

分析仪由机械部分、上位机和下位机等主要部分组成，上位机上装有用ＶＢ编制的仪器操作软件，通过上位机控制下位机，主要实现与下位机的通讯，发送指令信息，询问下位机的工作状态，接收数据并进行数据处理，文件存储，打印输出等功能。具体工作流程图如下ｆ２０】：

图４－２上位机工作流程图

４．１．２ＤＳＰ主控制系统

ＤＳＰ［２１】主控制系统是仪器控制主体，除恒温控制外，仪器的县体运转由它控制完成。具体内容包括对步进电机运ｚ山控制命令经指令分析后按步骤进彳ｒ【２２】。工作过程中根据上位机系统发送的检测指令经指令分析后按步骤进行∞１。其工作流程如图４－３所示：

华中科技大学硕士学位论文：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

图４－３ＤｓＰ控制系统工作流程图

４．２步进电机运动控制实现方法

要使步进电机正常工作．必须按照电机的励磁状态转换表所规定的状态和顺序依次对各相绕组进行通电或断电控制。各相驱动信号一般来源于环形分配器。环形分配器的主要功能是把来源于控制环青的时钟脉冲串按一定的规律分配给步进电机驱动器的各相输入端，控制励磁绕组的导通或截止‘州。同时，由于步进电机的正反转要求，

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所以环形分配器的输出既是周期性的，又是可逆的。因此，环形分配器是一种特殊的可逆循环计数器，只是环形分配器的输出不是一般的编码，而是电动机励磁状态要求的特殊编码【２５】【２６ｌ。

本系统选用的是８６ＢＹＧ２５０Ｃ步进电机，由ＤＳＰ发出电机运动控制信号，包括步进时钟脉冲、方向信号和模式信号。由Ｌ２９７、Ｌ２９８组成步进电机控制驱动系统，控制驱动电机的运转。在这里，１－２９７的主要功能是译码器，即实现上述的环形分配器的功能。接收ＤＳＰ发出的控制信号，将其转化为步进电机实际所需的励磁信号编码，送入Ｌ２９８桥式驱动器，驱动电机运转。电路如图４—４所示。图４—５为Ｌ２９７输出的半步工作方式下电动机Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四相励磁信号时序以及抑制信号ＩＮＨｌ、ＩＮＨ２的时序，表４－１为半步工作方式下励磁信号状态数据表【２７ｌ。

图４．４步进电机驱动控制电路

整个运动系统共分为两部分：一是由ｘ、Ｙ方向合成的高速振动系统，速度为６０ｒｐｍ～９６０ｒｐｍ可调。二是沿ｘ方向或Ｙ方向的直线运动系统，属于低速高精度运动控制系统。运动系统结构在第三章机械系统整体方案设计中己经进行了详述。此处仅对电机运动控制系统进行说明。

由步进电机驱动控制电路图４＿４所示，每个步进电机需４个控制信号：ＣＬＯＣＫ、ＨＡＬＦ／ＦＵＬＬ、ＣＷ／ＣＣＷ、ＥＮＡＢＬＥ四个信号。其中：ａ．ＥＮＡＢＬＥ，使能信号。当它为低电平时，ＩＮＨｌ、ＮＨ２、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ均被强制为低

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Ｂ］厂—］厂Ｃ厂——］厂—一Ｄ——］厂—］

唧—］厂—］厂—］厂—］厂

Ａ厂—］厂—］

］广］厂］厂］ｒ］厂］厂］厂］广］厂］厂］厂］ｎ厂］ｒ］ｌ

帆——］厂——］厂—］厂—一

图４—５电动机励磁信号时

表４－１

半步工作方式下励磁信号状态数据表

地址

０ｌＦＯＨ

ＯｌＦｌＨ０１Ｆ２Ｈ

内容

ＦＦＦＡＨＦＦＥ８ＨＦＦＦ９ＨＦＦＤｌＨＦＦＦ５ＨＦＦＣ４ＨＦＦＦ６ＨＦＦＤ２Ｈ

ＩＮ眦ＩＮｔｏＤ

１１１

ｌ

１１１

Ｃ

Ｏ

ｌＯ

ＢＡ０

０１１

励磁状态

ＢＤ

Ｄ

０

１

０ＯＯ

１１ｌＯ

ＯＯ

００ｌｌ

ＡＤＡＡＣＣＢＣ

Ｂ

０１Ｆ３Ｈ０ｌＦ４Ｈ

０１Ｆ５Ｈ

Ｏ１ｌ

ｌ

１１Ｏ

ｌ１

０

ＯＯＯ

１Ｏ

０Ｏ

ＯｌＦ６ＨＯｌＦ７Ｈ

０Ｏ

电平，使Ｌ２９８驱动器不工作。

ｂ．ＨＡＬＦ／ＦＵＬＬ，半步／整步输入选择信号，当它为高电平时选择半步工作方式，为

低电平时为整步工作方式。

Ｃ．ＣＷ／ＣＣＷ，顺时针／逆时针方向输入控制，电动机的转向与绕组连接有关。ｄ．ＣＬＯＣＫ，步进脉冲信号。

ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７共有４０个可编程或复用的通用Ｉ／Ｏ引脚。将其中的８个作为２个步进电机控制信号的输出口ｆ２９１。

当控制步进电动机运转时，首先发送步进电机控制信号，包括使能信号、半步／整步工作方式信号以及运转方向信号，确定电机运转状态。随后发送步进脉冲信号驱动电机运转，随着脉冲信号的发出，信号经Ｌ２９７译码后按照表１中的励磁信号依次发

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送至驱动器Ｌ２９８，进而驱动步进电机运转。步进脉冲信号发送频率低，则运转速度慢；步迸脉冲信发送频率高，则运转速度快，电机运转的快慢取决于步迸脉冲信号的发送频率。对步进电机速度控制，在程序中采用定时器中断实现。ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７自带４个１６位可编程定时器，当ＤＳＰ系统晶震为４０ＭＨｚ时，可提供５Ｈｚ～ＳＭＨｚ的脉冲频率。定时器每中断一次，驱动器Ｌ２９８就发出一个步进脉冲，电机就正向或反向运行一步，方便的实现步进电机的速度控制。对电机进行变速控制，实际上就是不断改变定时器装载值的大小【２９】。

４．３步进电机的变速运动控制及实验测试结果

４．３．１步进电机的升降速限制因素

步进电机升速时，先以突跳频率岛启动，然后按照一定的规律提升运行频率ｆ，最终达到最高运行频率ｆｍ，然后以此最高运行频率ｆｍ运行到降速阶段，步进电机降速时，是按一定的规律减小运行频率ｆ最终达到步进电机停止时的运行频率‘，如何达到高速运动和平稳运动相结合就必须考虑ｆｏ、ｆｍ、‘。

首先，步进电机有牵入转矩的限制。牵入转矩曲线表明了步进电机带负载启动的能力。牵入转矩Ｔ０和突跳频率ｆｏ、负载转动惯量ＪＬ有关，突跳频率和负载转动惯量愈大，牵入转矩Ｔ０愈小。见图４．６所示。考虑负载后的步进电机启动频率ｆＯ必须保证在此频率下牵入转矩Ｔｏ＞ＴＬ（ＴＬ负载转矩），以保

证能带负载启动Ｄｏｌ。

其次，步进电机还有牵出转矩的限

制。牵出转矩曲线即步进电机带负载连续

运行的能力。图４．７为步进电机在负载半

径为５ｃｍ时的负载矩频特性曲线，从该

曲线上可以看出运行频率越高，牵出转矩

越小。因此，在作步进电机调速控制时，＿筑譬群岛麦跷频率ｆ图４－６牵引转矩曲线必须充分考虑到步进电机的牵入转矩与牵出转矩的大小，以及加速度的大小，以保证

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电机在不失步的情况下能够带动负载启动，高速状态下也能运行良好口“。

Ｉ

０．６

０．５－、’～、、＼

０．４。＼

＼＼

、

、０．３

０，２‘｛

一０．１０．０

图４．７步进电机矩频特性曲线

４．３．２步进电机的升降速控制

根据上述步进电机的升降速限制因素可以看到，对于步进电机的运动控制，从起点至终点的运行速度都有一定的要求。如果要求的运行速度小于系统的极限启动频率，则系统可以按照要求的速度直接启动，运行至终点后也可以立即停发步进脉冲而使电机停止。但是在一般情况下，系统的极限启动频率较低，而运行速度较高，如本系统中的振动速度为９６０ｒｐｓ，如果选用混合型步进电机，系统按照所要求的速度直接启动，将会由于该速度超过极限启动频率

而不能正常启动【３拼。电机高速运行过

程中，如果到达终点时立即停发脉

冲，令其停止，则系统因为惯性原因，

会发生失步，冲过终点造成点一位控

制发生偏差。因此，在控制过程中，

运行速度都需要有一个加速一恒速

图４－８步进电机的升降速控制示意图４１７、．

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一减速一低恒速一停止的过程。如图４＿８所示。

对于非常短的距离，例如在数步范围内，电动机的加减速过程没有实际意义。按照启动频率运行即可。在稍长距离时，可能只有加速和减速过程而没有恒速过程。对于较长的运行距离时，电动机在加速后需要恒速运行一段时间，再进入减速过程。在系统中存在两种运动，振动运动和平面移位运动。振动运动过程具有振动速度高，振动时间较长，定位控制精度要求不高的特点，因此其运动包含上述所有过程。平面移位运动由于运动距离较短，定位控制精度较高，运动速度要求低，因此其运动采用自动频率恒速运动方式或仅含有加减速运动均可。下面我们以振动运动过程为例对步进电机升降速运行控制进行分析。

如图４．９所示，升速时的

起始速度应略小于系统的极限启

动频率（速度），而不是从零开

始，减速过程结束时的速度一般

应等于或略低于起动速度，再

经数步低速运行后停止。升速一ｆ

度是逐渐下降的，在本系统中，

采用如图４．９、４．１０所示的升降

速运动过程，加速度随着速度

（频率）的升高减小。

对步进电机进行升降速控制，实

际上就是改变向Ｌ２９７输入的豳４－１０升降速运动过程加速度

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ｃＬＯＣＫ步进脉冲的时间间隔，升速时使脉冲序列串逐渐加密，脉冲频率升高，降速时使脉冲序列串逐渐稀疏，脉冲频率降低。采用定时器中断方式来控制步进电机的变速，不断的改变定时器装载值的大小。当需要恒速运转时，定时器装载值保持不变，所发出的步进脉冲频率保持恒定，电机运转也保持恒速。对速度的控制表现为发送步进脉冲的频率，而对加速度的控制则表现为对步进脉冲频率变化的速率的控制。

在控制电动机升降速过程中，采用离散办法来逼近理想的升降速曲线。本系统中负载是恒定的，因此为了减少每步计算装载值的时间，系统设计时将各离散点的速度所需的定时器装载值固化在系统ＲＯＭ中，系统在运行过程中应用查表法查出当前速度对应所需的装载值，从而大幅度减少占用ＣＰＵ的时间，提高系统的响应速度。下面以升速过程为例对运动控制过程作一介绍。

４３３实验测试结果

如图４．１１所示是对８６ＢＹＧ２５０Ｃ步

进电机进行实际测试时所测得的升速过

程曲线。理想升速过程为一光滑曲线，

经离散化后显示为一台阶形折线，ｆ表示

步进脉冲频率。△ｆ表示频率变化率；ｔ图４．１ｌ步进电机升速过程

表示电机运转时间，即运转步数：△ｔ表示该频率下电机运转（时间）步数。同时将升速过程分为三个过程：低速过程、中速过程和高速过程，以脉冲频率１０００Ｈｚ为界。当处于低速时，根据加速度一频率曲线，加速度可以较大，因此脉冲变化率较大。当处于高速时，加速度减小，脉冲频率变化率较小。如表４－２所示设定参数值。

表４－２升降速频率控制表

频率范围（Ｈｚ）频率变化率（ＨＺ）

ｌＯ

３

１

１运转时间（运转步数）ｌ累计用时（秒）０．０３４８０．０３４６０．０２０２０．０１１６１０００－－１５００１Ｓ００—２５００２３４２５００—３５００３５００—－ｄ５００

从启动后到４０００ＨＺ脉冲频率合计用时０．１０１２秒

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本仪器分为上位机和下位机两大部分，上位机作为主控方，下位机的工作由上位机工作由上位机通过串行通信向下位机发送传达。系统采用的方式是分步骤发送控制指令。对每一工作步骤，上位机均向下位机发送工作指令，属于仪器工作的参数设定。下位机经过指令分析后开始执行。仪器的每一步进程都是通过对复杂命令的分析进行的，电机运转也不例外。根据指令中的工作方式，对电机的运转参数设定。在振动步骤中，主要是对ｘ、Ｙ方向上步进电机的运动速度和振动时间进行设定。由于系统对振动的速度要求较高，而对定位精度要求较低，因此在振动步骤中是以实现升、降速平稳流畅，恒速速度高为主要目标，而忽略定位精度来实现的。升、降速过程中，按照表４．３所示参数，对升降速的频率与步骤进行调速。经实验证明，在这种工作方式下，电机运转速度能够得到较高的提升。实验数据如表４－３所示

表４．３步进电机调速参数表

负载情况

空载工作方式半步

整步

负载半步

整步最高脉冲频率（ＨＺ）８０６５４６０８７２９９３６５０最高转速（ｒｐｍ）１２００１３８０１０９５１０９５

在检测过程中，根据不同的检测方式对电机转速与工作方式要求也不同，但是对定位精度都要求很高。本系统设计属于半闭环控制，在运动过程中仅依靠步进电机自身的定位功能实现定位。在检测过程中根据其运行距离较短且恒定，运行速度要求不高的特点，将运转距离转化为运转步数，在升速和降速两个过程中完成电机的运转。同时将运行速度频率与运转步数均程序化，执行检测移动即为调用运转程序，这既简化了程序的设计，又可以保证电机良好的运行不失步，满足精确定位的要求。

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５微光测量系统设计

为了提高光信号检测的灵敏度，探测荧光信号采用光电倍增管进行。作为光电子发射探测器，它的主要优点是：灵敏度高、增益系数大、响应速度快、工作频率高、光电性好、噪声小、稳定性好。

５．１光电倍增管及其工作机理

光电倍增管是一种能将微弱光信号转换成可测电信号的真空光电转换器件［３３】。它主要由光入射窗口、光阴极、聚焦极、电子倍增极和阳极组成，结构如图５．１所示。

入射

图５－１端面型光电倍增管剖面图

光电阴极和管壳窗口材料决定了光电倍增管的光谱响应特性，光电阴极限制长波响应，窗口材料限制短波响应。倍增极一般为几级到几十级。二次发射倍增系统的结构可分为聚焦型和非聚焦两种。阳极是最后收集电子并给出输出信号的电极，它与末级倍增之间应有最小的极间电容，允许有较大的电流密度。

光电倍增管的工作原理：光子透过入射窗口入射在光电阴极上。光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中，光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极上，该倍增极发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经ｎ极倍增极倍增后，光电子就放大Ｎ次，经过倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳４５

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极光电流输出。

根据入射到光电倍增管的光的强度及输出信号的处理方法，光电倍增管又可分为模拟法和计数法。光信号较强时，光电阴极发射的光电子数目较多，经倍增极放大，形成较多的光脉冲，它们互相重叠，不可分辨，在阳极输出信号为具有一定幅度的模拟波形，甚至趋近于直流形式，经直流放大和低频滤波可直接将信号以电压形式取出，这种处理方法称为模拟法，当光信号很弱，激发的光电子数目很少，经倍增极放大得到的光脉冲在时间上有较高的离散度，在阳极形成一个个离散的脉冲，通过计算脉冲个数来测定光强，这种方法称为光子计数法。本仪器采用光子计数法进行微光检测。５．２光子计数法

光子计数法是测量傲弱发光最灵敏的一种方法，也是光电倍增管新的应用领域。与前述的模拟测量方法相比，它具有以下优点：

ｌ、通过分立光子产生的电脉冲来测定光量，系统的灵敏度高，抗噪声能力强。２、采用电脉冲计数技术，降低了对供电电源的要求，提高了系统的稳定性。３、可排除由于直流漏电和输出零漂等原因造成的测量误差。

４、光子计数器的输出可以是数字量，也可以是模拟量，便于进一步的信息处理。５．２．１光子计数法原理

在光子计数法中，最重要的是量子效率，其含义是一个光子入射到光电面时产生的光电子的几率。在单一光电子领域，相当于１个电子的发射电了束只能是ｌ或０。因此，可以把单位时间内从光电面发射的电子束和入射到光电面的光子数的比作为量子效率。由光电面发射的光电子入射到第一倍增极后，第一倍增极发射出二次电子，但是，有一部分未能被第一倍增极收集的偏离正常轨道不能倍增的电子。把这－－ＬＬ例称为收集效率，在光子计数法里，把计数值与入射光子数的比叫做光子计数领域的光电倍增的探测效率或计数效率。

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臣ｐ．∥２每

卢＝等其中：虬是计数值，以是入射光子数将上式等号两边分子分母同除以时间ｔ，得到计数效率的另一种表示形式：式中，。＝挚为计数率，单位为计数世秒，Ｉ为单位时间内的光子数即为光强。

计数效率由光电倍增管的量子效率和收集效率决定，即：∥＝ｒｌｃｒ

率，，７为光电面的量子效率。

量子效率定义为从光电面发射的电子束和入射到光电面的光子数的比。波长短、频式中，口为收集效率高的光子能量（Ｅ＝札）高，光电子发射几率也高，因此量子效率是与波长有关的函数，即：刁＝叩（五）由∥＝孚可得：刚）＝肌）ｍ）

由此得出结论，在某一波长的计数率是该波长上计数效率与光强之积。

从第一倍增极释放的二次电子的个数不是一个常数。像泊松分布概率的一次电子打出几个二次电子，其平均数视为二次发射系数。同样的原因，第二级以后各倍增极也是这样，最后的电子群表现为对应于ｎ个光电面来的光电子的阳极输出，具有ｎ极倍增极的光电倍增管，从光电面发射的光电子经过６“的倍增后的达到阳极，从阳极输出脉冲。由于每个倍增极的二次电子发射系数的零散性，倍增极不同处的倍增率不均匀以及未被正常倍增电子数的不同等，阳极的各输出脉冲幅度有时不一样，分布在一个范围内。通过对在一定幅值范围内的脉冲计数，就可以得知发射出的光予数。５．２．２光子计数法回路构成

图５．２是光子计数法的回路构成和在各回路系统中的脉冲波形。

光电倍增管输出的电流脉冲经宽频带的脉冲放大器进行电压转换，放大。此处应使用高性能的运算放大器，将放大的脉冲电压信号送入甄别器，最后脉冲数由计数器来进行计数。脉冲高度甄别器一般使用比较器，电压信号和预先设定的基础电压（阙

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值）进行比较，脉冲电压值比它低的就视为杂小信号并排除掉。设定低脉冲高度一边的基准电压ＬＬＤ。另外，在高脉冲一边，设定ＵＬＤ（Ｕｐｐｅｒｌｅｖｅｌｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｌｅｖｅｌ）除去高脉冲噪声，在波形整形中将得到的光信号的电压脉冲整形为ＴＴＬ方波信号，便于计数器进行识别计数。在计数器电路可设置Ｉ’１控回路，可以设定任意测试时间。光信ｃ匦寸岖巫悃吨疆一羞分段波形图－ｔＵ厂Ａ灸ｎ

图５．２光子计数法回路结构图

５．３光子计数控头ＣＨｌ５１的应用

光子计数探头ＣＨｌ５１是基于ＣＲｌｌ５型光电倍增管为主要部件所生产的微光检测器件。原理如图５．３所示，在该器件中，已经将光电倍增管，信号前端放大器，脉冲放大器、信号甄别器、高压电源、高压分压器、致冷器等部件或电路整合在一起，使输出信号为便于处理的丁ｒＬ电平脉冲，供用户使用。

光信号计数器信号输出（ｒｒＬ电平脉冲）图５．３ＣＨｌ５Ｉ原理示意图

光电倍增管采用ＣＲｌｌ５型光电倍增管，其主要特点为：

１、光谱范围：３００～６５０ｎｍ

２、最大响应波长：４２０ｎｍ

３、光阴极：锑铯光阴极

４、有效采光面积：Ｏ＝２６ｍｍ

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５、阳极脉冲上升时间：４．０ｎｓ

６、电子渡越时间：３０ｎｓ

７、本系统中发光试剂为金刚烷类物质，发光波长为４６３ｎｍ，ＣＲｌｌ５光电倍增管在此区域检测特性最好。

脉冲放大器包括两部分：前置放大器和主放大器，光电倍增管输出信号为一系列电流脉动信号。通过使用高增益、低输入电流的运算放大器，配合高精度电阻组成简单负反馈电路，将电流脉动信号转换为幅值较低的电压脉冲信号，再经主放大器将电压信号放大为０－３．３Ｖ的常规电压信号，便于后续信号处理。为避免外界电磁信号干扰，温度漂移影响，要求将光电倍增管与脉冲放大器封装在一起，使接线较短，并容易一起进行电场屏蔽和磁场屏蔽，同时在封装体内充入制冷剂，减小光电倍增管的暗电流。甄别器用来取出实际光信号的电压脉冲，而将干扰波动信号剔除，此处采用一快速比较器来实现，首先设定闽值电压。闽值电压一般取有效信号脉冲波峰与波谷的中间值。如果阈值电压过高，可能会失去一些有效脉冲信号。造成数据流失，检测结果偏低，如果阈值电压过低，将阈值电压设置在波谷附近，这样几乎不会牺牲检测效率，能够将所有信号均检测到，同时也可以除去噪声。但是系统存在的细小干扰波动都可能影响到检测值的准确性。

波形整形器根据甄别器的判断信号输出方波波形，便于脉冲计数器进行计数。在本系统中，直接由ＣＰＵ来完成脉冲计数工作。由定时器产生定时脉冲，对方波信号进行快速扫描，利用软件来完成对方波信号电平变化的捕捉与计数。

５．４微光检测实现

光子计数控头ＣＨｌ５１的信号输出为标准ｒｒＬ电平信号，高电平表示采样到光信号，低电平则表示未采样到光信号【３４１。根据一定时间内按照采样频率对信号输出的高电平进行采样计数，得到相应的光检测值，采样频率受器件工作频率以及软件速度影响，目前系统控制器选用高速ＤＳＰ，系统工作时钟频率为４０ＭＨｚ，最高采样率达到２ＭＨｚ，即每秒最大计数率为２ｘ１０６单位。微光计数软件流程如图５．４所示。

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微光检测计数采用定时器中断计数，为加快软件执行速度，尽可能提高采样频率，此处采用汇编语言编程，简化软件工作步骤，使检测计数过程中ＤＳＰ仅作与检测计数相关的工作，其余工作停止。此时定时器中断级别最高。

检测数据计数定时器中断汇编语言程序，检测数据存储在变量中ｄｅｔ－ｄａｔａ－ｓｔｏｒｅ中。

图５－４检测计数流程图

中断处理程序如下所示：

ＧＩＳＲ２：；ＴＮＴ２中断

ＳＳＴ撑Ｏ．ｓｔａｃｋｓｔ０

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ＳＳＴ捍Ｏ．ｓｔａｃｋ＿ｓｔｌ

ＬＤＰ群０

ｓｔａｃｋ—ａｃｅＳＡＣＬ

ＬＤＰ＃０ＥＯＨ

ＬＡＣＬＰⅣＲ

：通用定时器１中断向量地址

ＥＱＸＯＲ＃００２７ＨＢＣＮＤ

ＲＥＴＳＩＳＲ２７．

ＳＩＳＲ２７：

ＬＤＰ＃００８０Ｈ．

ＳＰＬＫ

ＣＬＲＣ

ＬＤＰ：通用定时器１中断撑００８０Ｈ．ＥⅥ虹ＦＲＡⅨＴＭ撑０ＥｌＨ

ＬＡＣＬＰＤＤＡｍＩＲ

ＸＯＲ＃０００ｌＨ

ＢＣＮＤ

ＲＥＴ：通用定时器１中断向量地址ＡＤＤｌ．ＥＱ

ＡＤＤｌ：

ＬＤＰ撑０ＥｌＨ

ｄｅｔｄａｔｅｓｔｏｒｅＬＡＣＣ

ＡＤＤ

ＳＡＣＬ

ＬＡＣＣ拌ｌｄｅｔｄａｔｅｓｔａｃｋｓｔｏｒｅａｃｃ

ＬＳＴ

ＬＳＴ

ＲＥＴ撑１．ｓｔａｃｋ＿ｓｔｌ撑０‘ｓｔａｃｋ—ｓｔ０

定时器中断共２２条指令．其中双周期指令１条，其余２ｌ条指令均为单周期指令。

———————————————＿＿－————————＿————●＿————＿＿＿＿＿＿——－＿—————————————————————●—＿＿———＾————————————————－－＿＿——＿——＿－－—一●５１

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极大节约了中断时间，使得系统采样计数频率最高可达到２Ｎｍ＿ｚ，提高了检测精度，尽可能降低了数据的遗漏计数率。

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６温度控制系统的研究

化学发光检测的理论基础是生物的免疫反应。反应过程中的反应物均为有机物质。如化学发光检测样品属于蛋白质类有机物，检测过程中加注的碱性磷酸酶标记结合物属于酶化合物，发光底物ＡＬＰ催化底物脱磷酸酯等。在生化反应中，有机物的反应快慢、反应程度，尤其是酶的催化作用均会受到温度环境的影响。温度环境不同检测的结论也不相同。由于本系统采用相对分析法进行数据分析，．保证每～微孔中反应物反应条件相同是实现检测数据可靠的先决条件。因此，在本系统中，恒温控制系统设计的成败直接影响到本检测仪器设计的成败【３５１。

６．１恒温控制系统构成

恒温控制系统相对来说比较独立，接收到上位机发送的温度设定指令，提取设定温度值后自动控制加热器工作，当箱体温度达到设定值并保持恒定信息，在温度检测中，通过对箱体内３点进行温度检测，判断箱体内温度的均匀性，并经过ＰＩＤ控制算法求出加热功率调功参数Ｎ，控制加热器加热，具体工作流程如图６．１所示。为实现箱体内部恒温控制，需要温度检测系统和加热控制系统协调工作。在本系统中，温度检测选用ＤＡＬＬＡＳ公司的ＤＳｌ８８２０［３７１数字温度传感器，它具有独特的单线接口方式，体积小，安装方便，输出数字信号易于与单片机系统连接等优点。加热器采用普通电热管，通过控制单位时间内流过电热管的交流电波数控制电热管发热功率，从而达到对系统恒温控制的目的。同时，为了使箱体内加热均匀，在箱体内部两侧各安装一个加热器和一个风扇，通过风扇加强箱体内空气流动。在箱体内不同位置安装３个ＤＳｌ８８２０温度传感器进行多点温度检测，判断箱体内部加热的均匀性与稳定性。在微光信号检测过程中如箱体内温度波动超过许可范围（土１℃），则发送报警信号，说明温控系统出错，本次检测无效。交流调功是通过过零检测电路捕捉交流电波零点信号．配合ＭＣＵ发出的控制信号，经控制逻辑电路与控制电热器的加热功率，实现交流调功的目的．恒

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温控制系统结构如图６－２所示【３６】。

Ｎ

图６－１恒温控制系统工作流程

ｂｓｌｓ：ｏ温度检测光

———－陋制逻辑卜＿—?

ｂｓｌ８２０温度检测８９Ｃ５ｌ隔可控硅—斗匝卜愿卜—岖圆亟］

图６－２温控系统结构示意图

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６．２温度采集系统

６．２．１温度传感器ＤＳｌ８８２０的确定

１．ＤＳｌ８８２０主要特征

ＤＳｌ８８２０是ＤＡＬＬＡＳ半导体公司生产的单总线数字温度传感器。全部传感元件及转换电路集成在一块极小的芯片上，封装形式ＰＲ．３５，外形如同普通小功率塑封三极管，体积小，在温度巡检系统中使用十分方便。与其它温度传感器相比，ＤＳｌ８８２０具有以下特点【３７】：

Ａ、独特的单线接口方式；ＤＳｌ８８２０在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可

实现微处理器与ＤＳｌ８８２０的双向通讯。

Ｂ、支持多点组网功能；多个ＤＳｌ８８２０可以并接在同一条总线上实现多点温度检测；Ｃ、温度测量范围：（．５５℃）一（＋１２５℃）。

Ｄ、温度转换时间：２００ｍｓ。?

Ｅ、用户自定义温度报警上、下限设定。

Ｆ、报警检测命令可识别和定位温度超限节点。

Ｇ、测量精度：士０．５℃，分辨率：０．０６２５℃。

Ｈ、可直接将温度转换值以１６位二进制数字码的方式串行输出。

其内部结构框图如图６．３所示。

图６－３ＤＳｌ８８２０内部结构框图

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２、ＤＳｌ８８２０的测温原理

ＤＳｌ８８２０的测温原理框图如图６－４所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器ｌ。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器２的脉冲输入。计数器ｌ、计数器２和温度寄存器被预置在．５５＂Ｃ所对应的一个基数值。计数器ｌ对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，当计数器１的预置值减到０时，温度计数器的值将加１，计数器ｌ的预置值被重新装入，计数器ｌ重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环童到计数器２计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图６－４中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器１的预置值［州。

置位／清除

图６—４ＤＳｌ８８２０测温原理框图

３、基本程序设计工作流程

仪器温控系统采用３个ＤＳｌ８８２０进行温度检测，利用８９Ｃ５１单片机实现系统培养箱的恒温控制。上位机通过串行通信向单片机发送恒温控制温度值，单片机接收后开始工作。图６．５为ＤＳｌ８８２０温度检测系统流程。系统每隔５秒发送一次温度检测命令，检测结束后，对３个温度值进行分析处理，主要包括以下几项工作：

Ａ、判断箱体内部温度是否均匀。

Ｂ、判断箱体温度是否达到设定值。

Ｃ、由单片机根据温度值控制加热器加热功率。对ＤＳｌ８８２０操作的四个基本子程序为：检测主程序流程、ＤＳｌ８８２０初始化、读

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ＤＳｌ８８２０子程序，写ＤＳｌ８８２０子程序。图６．５，６－６分别对温度检测主程序流程和ＤＳｌ８８２０操作流程作出介绍。

图６－５温度检测系统流程

图６－６ＤＳｌ８８２０主程序流５７

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６．３温度加热控制系统

６．３．１温控加热系统ＰＩＤ控制流程

在本系统中，仪器温度设定由上位机软件设定，通过串行通信将设定温度值发送至单片机８９Ｃ５１，启动恒温控制。单片机收到设定温度后，开始启动ＤＳｌ８１３２０检测箱体温度值。如设定值高于检测值，则开始加热。加热过程中采用ＰＩＤ控制运算，根据箱体温度值调整加热功率，达到最佳控制效果。当达到设定温度值时，经１分钟的延时检测，判断系统温度是否己经稳定。如达到设定要求，则向上位机发送温度加热完毕信号。在系统工作中，温控系统始终处于检测．加热．判断处理的过程，确保检测过程中箱体温度恒定ｐｗ。整个温控系统是在程序的控制下工作的，控制系统工作由实时测量、实时决策（ＰＩＤ控制运算）和实时控制（调功）三部分组成。因此，应用程序应包括数据采集、ＰＩＤ运算以及调功输出控制三部分主干程序【加Ｉ。

圈６—７ＰＩＤ控制运算流程图

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图６．７为ＰＩＤ运算流程图，根据检测采样值与设定值，计算出当前的脉冲控制数Ｎ。６．３．２温控加热系统软件工作原理

由前所述，在交流电每次过零时会产生过零脉冲，此脉冲作为触发双向可控硅导通的同步脉冲，同时也向８９Ｃ５１发出外部中断申请。交流电工频为５０ＨＺ在１秒内单片机中断１００次。为保证输出正弦波的完整性，设ＩＮＴＯ中断为高优先级中断。

在本文控系统中，加热控制采用交流调功方式。通过可控硅在单位时间内导通的次数（ｏ～１００），控制加热丝在单位时间内的通电时间，也即达到控制加热功率的目的。假设电热丝在一秒周期内全导通时功率为ＰＨ，则实际输出功率Ｐ与每秒导通次数Ｎ成正比。

在ＩＮＴＯ中断处理程序中，将ＰＩＤ运算后的结果Ｎ与中断次数相比较后，通过输出高、低电平信号控制单位时间内可控硅的导通与关断时间比，实现对加热丝加热功率的控制，进而实现了对检测箱体内温度环境的恒温控制。

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７总结与展望

全自动生化分析仪是一全自动化学发光检测仪器，它集机械、电子、光学和计算机多门科学于一体，具有自动地完成样品溶液的混合、温度培养、光信号检测、数据处理和报告输出等功能。该仪器在环境科学、生命科学及临床医学诊断等领域具有广泛的使用价值。

论文在对全自动生化分析法和对全自动生化分析仪功能特点进行详细调查研究的基础上，分析了系统机械结构的设计、微光检测系统、运动控制系统和恒温控制系统四个功能单元的基本原理及实现方案。论文的主要工作如下：

１、机械结构的设计，首先是选取步进电机作为动力，通过对步进电机的特点、动态特性以及控制原理的分析，提出了步进电机升降速控制方案。

２、控制系统的设计主要包括上位机操作系统与下位机硬件系统、软件控制系统的设计，实现了全自动生化分析仪的功能要求。下位机控制系统包含两个相互独立的子系统：一个是基于ＤＳＰ主控制系统，另一个是基于单片机８９Ｃ５１的恒温控制系统。

３、应用光子计数法实现了对化学荧光发光的检测，系统信号采样计数频率最高可以达到２ＭＨ。在实验检测中，系统暗计数本底（无发光样品时系统光信号计数）为３５～６８ｃｐｓ，我们对不同浓度的醛固酮类物质进行了发光检测，光子计数从９０００ｃｐｓ～５８００００ｃｐｓ不等，达到对微光检测的检测精度要求。

４、温控系统通过采用多个ＤＳｌ８２０数字传感器进行温度检测，采用ＰＩＤ控制算法进行加热调功控制，使得温控精度达到±１℃，微孔板温度一致性小于Ｏ．５℃，取得了较好的恒温控制效果。

课题的设计中有一些问题需要以后进一步的研究，主要是以下两个方面：

１、对于高精度检测要求的基础医学研究，目前检测精度还无法满足要求，今后在提高光电倍增管计数效率、提高信号采样频率等方面还需作进一步的工作一

２、恒温控制系统中选用８９Ｃ５１单片机作为控制器，完成测温、控制运算、加热控制和温度显示四项功能。工作量少，资源利用率低，控制系统硬件增多，通信系统

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工作增加。因此，如何将温控系统一起交由ＤＳＰ完成，同时又不会由于单线数字传感器操作的时间效应造成ＤＳＰ响应速度变差，这将是下一步的工作重点。

总之，全自动生化分析仪是一台集微光检测、运动控制、恒温控制、数据处理于一体的自动检测仪器，同时，本仪器是针对生化分析反应中荧光的检测，检测精度高，范围宽，可同时对９６份样品进行发光检测，可广泛应用于环境科学、生命科学及临床医学诊断等领域，具有较高的实用价值。

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致谢

在我的课题和硕士论文完成之际，谨向在我攻读硕士学位的过程中曾经指导过我的老师，关怀过我的领导，关心过我的朋友，及所有帮助过我的人们致以崇高的敬意和深深的感谢。

首先，我谨怀诚挚的心情向导师罗晓玉副教授致以崇高的敬意和深深的谢意，罗老师教学、科研等工作繁忙，但她总能尽心尽职、耐心帮助，严格要求，对我的课题给予全面的指导、帮助和督促，罗老师渊博的学识，对事业的执着追求精神以及严谨的治学精神，使我受益匪浅。

感谢轻工学院的王新杰教授，在工作中给予我很多方便，对课题中很多技术问题进行讨论，使我的论文能够得以顺利完成。感谢在课题的进展过程中给予帮助我的同事和同学及家人。

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暑＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝宣＝＝＝＝＝＝＝鲁＝专＝＝＝鲁昌＝

参考文献

【１】裴育林．生化自动分析仪一发展及对现代医学的影响．医疗装备，ｚ０００（５），１～２．

【２】鲍峰，胡菊芳．自动生化分析仪的发展．中国纺织大学学报，２０００（４）：１０３～１０５．

【３】Ｗ．Ｅ．ＨａＭｓ，Ｂ．Ｋｌａｔｏｃｈｖｉｌ。ＡｎＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＣｈｅｍｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳａｕｎｄｅｍＣｏｌｌｅｇｅ

Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ．ＣｈａＰｔｅｒ，１９７４，１１：１３６～１４７

【４】ＭａｒｋＤ．Ｋｅｌｌｏｇｇ，ＲｅｉｎａＰａｒｋｅｒ，ＡｎｔｈｏｎｙＲｉｃｕｐｅｒｏ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｌｌｅｎｚｙｍａｔｉｃ

ｈｏｍｏｃｙｓｔｅｉｎｅａｓｓａｙｆｏｒｔｈｅＨｉｔａｃｈｉｓｅｒｉｅｓｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎａｌｙｚｅｒＣｌｉｎｉｃａＣｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２００５，３５４：１１７～１２２

［５】Ｄ．Ａ．Ｓｋｏｏｇ，Ｄ．Ｍ．ｗｑｓｔ。ＰｒｉｎｃｉＰｌｅｓ

Ｃｏｌｌｅｇｅ，１９８０，１４８：１３２～１４１．ｏｆＩｎｓｕｍｅｎｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ

【６】丛玉隆，王丁．当代检验分析技术与临床．中国科学技术出版社，２００２（１）

【７】７ＨａｒｔｍｕｔＷｅｂｅｒ。Ａｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓｄｒｉｖｅｎｂｙ

ｓｔｅｐｐｉｎｇｎ＇ｌｏｔｏ／＇ｓ。ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＳｙｓｔｅｍｓ，２０００，３３：２０７～２２１

【８】王锦标，方崇智．过程计算机控制．清华大学出版社，１９９２（１）

ｆ９】翁俊峰，薛昭武．ＤＳＰ与Ｐｃ间的数据通讯．国外电子元器件，２００４（６）：１４～１６

【１０】成大先．机械设计手册．化学工业出版社，１９９８（３）

【１１】戴曙主编．机床滚动轴承应用手册．机械工业出版社，１９９３（３）

【１２】周传宏孙健利．滚动直线导轨副动态特性的实验研究机械设计与制造，

２００１（２）：１４～１５

【１３】周传宏，孙健利，杨叔子．精密滚动直线导轨副工作台静刚度研究．机械设计，

１９９９（５）：３０～３２

【１４】王正君，周小玉．机床数控改造中进给系统滚珠丝杠副的选择．机床与液压，

２０００（５）：９２～９３

【１５】杨祖孝．进给滚珠丝杠副传动刚度的计算．制造技术与机床，１９９９（７）：１２～１４【１６】刘宝廷程树庶步进电动机及其驱动控制系统啥尔滨工业大学出扯１９９７（５）

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【１７】张建民等编．机电一体化系统设计一Ｂ京理工大学出版社，２００４（１）

【１８】孔凡才．自动控制原理与系统．机械工业出版社，１９９９（２）

【１９】Ｚ．Ｌｉ，Ｊ．Ｃａｎｎｙ。Ｍｏｔｉｏｎ

ｏｎｏｆｔｗｏｒｉｇｉｄｂｏｄｉｅｓｗｉｔｈｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ。ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，１９９０（６）：６２～７２

Ｂａｓｉｃ【２０】李玉东．Ｖｉｓｕａｌ

［２１】Ｂａｄｒｅｄｄｉｎｅ

ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ６．０中文版控件大全．电子工业出版社，２０００（６）Ｌｏｕｈｉｃｈｉ，ＡｈｍｅｄＭａｓｍｏｕｄｉ，ＬｕｃＬｏｒｏｎ。ＥｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅａｎａｌｏｇｉｎｐｕｔｏｆｔｈｅＤＳｌｌ０２ＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂｏａｒｄａＣｏｍｐｕｔｅｒｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５（３１）：２３～３２

【２２】李忠，李峰．ＤＳＰ编程的几个关键问题．电子技术应用，２００３（１）：１５～１７

【２３】ＢａｌＧ，Ｂｅｋｉｒｏ＿ｇｌｕＥ．ＡＰＷＭｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ

ｓｙｓｔｅｍ。ＥｌｅｃｔｒＰｏｗｅｒＣｏｍｐｏＳｙｓｔ，２００５（１）：１８６～２０３

【２４】罗小兵，曹养书．步进电机正反转的控制．成都大学学报，２００３（３）：２７～２９

【２５】Ｈｕｉ－ＸｉｎＺｈｏｕ，ＲｕｉＬａｉ，Ｓｈａｎｇ－ＱｉａｎｇＬｉｕ，ｅｔａｌ。Ａｎｅｗｒｅａｌ—ｔｉｍｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒ

ｏｎｔｈｅＩＲＦＰＡｉｍａｇｉｎｇｓｉｇｎａｌｂａｓｅｄＤＳＰ＆ＦＰＧＡ。ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈｙｓｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

２００５，４６：２７７～２８１

【２６】吴永宏，寇子明．步进电机数字控制功能的软件实现．山西机械，１９９９（２）：１４～１５

【２７】冯绍娟．步进电机驱动器的设计与实现．机械制造与自动化，２００１（５）：３３～３４

【２８】Ｇ０ｎ９０ｒＢａｌ，ＥｒｄａｌＢｅｋｉｒｏｇｌｕ，ＳｅｖｋｉＤｅｍｉｒｂａｓ，ｅｔａｌ．Ｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃ．Ｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｂａｓｅｄ

ｓｃｒｖｏＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏＬＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄ

Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００４，４５：３１３９～３１５

【２９】ＰａｔｄｃｉａＭｅｌｉｎ，ＯｓｃａｒＣａｓｔｉｌｌｏ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ啦ｉｎｇａｌｌ

ａｄａｐｔｉｖｅｎｅｕｒｏ－ｆｕｚｚｙｉｎｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００５，１７０：１３３～１５１．

【３１０】李忠科，李福宝．通用步进电机升降速控制器设计．沈阳工业大学学报，２００４（３）：

２８７～２８９

【３１】李海波，何雪涛．步进电机升降速的离散控制．北京化工大学学报，２００３（１）：９２～９４

【３２】Ｄ．Ｏ．Ｃａｒｒｉｅｄ，ＳＡＧｏｎｚ＿ａｌｅｚ，Ｍ．Ｂｅｎｅｄｅｔｔｉ．Ａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆ

ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｓ．Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，１４：６７５～６８４

华中科技大学硕士学位论文

【３３】宋登元，孙同文．光电倍增管特性、结构及选取考虑．中国仪器仪表，１９９９（５）：３３—３５

【３４１ＢｉｎｇＮａｎＬｉ，Ｍｉｎｇ—ＣｈｕｉＤｏｎｇ，ＶａｉＭａｎｇＩ，ｅｔａｌ．Ａｎｏｖｅｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｐｈｙｇｒｎｏｇｒａｍ

ａｎａｌｙｚｅｒｆｏｒｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｓｙｓｔｅｍ．ＥｘｐｅｒｔＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００５，２８：６９３～７００．

【３５】沈显威，史俊富．全自动生化分析仪温度控制系统的研制．医疗卫生装备，

２００３（５）：４７～４８

【３６】周航慈．单片机应用程序设计技术．北京航空航天大学出版社，１９９１（１）

［３７】徐华英，徐秋华，赵丽．用ＤＳｌ８ｂ２０和单片机构成的最小测量系统．中国计量，

２００３（６）：６１～６２

【３８】蒋根深，张明亮，解旭辉ｅｔａｌ．基于ＤＳｌ８８２０的数字式温度控制系统．控制工

程，２００３（９）：４１９－４２０

【３９］ＰｅｔｅｒＪ．ＧＳｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇＰＩＤ

ｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ：ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ，１９８６，３：２０１．２０９．

【４０】杨智，陈新军．一种ＰＩＤ自整定温度控制器及实现．化工自动化及仪表，２０００（１）：５９～６１

全自动生化分析仪的研制

作者：

学位授予单位：郭长江华中科技大学

1.裴育林 生化自动分析仪--发展及对现代医学的影响[期刊论文]-医疗装备 2000(5)

2.鲍峰.胡菊芳 自动生化分析仪的发展 2000(04)

3.W E Halris.B Klatochvil An Introduction to Chemical Analysis Saunders 1974

4.Mark D Kellogg.Reina Parker.Anthony Ricupero Evaluation of an enzymatic homocysteine assay for theHitachi series chemistry analyzer 2005

5.D A Skoog.D M wqst PrinciPles of Insumental Analysis Second Edition 1980

6.丛玉隆.王丁 当代检验分析技术与临床 2002

7.Hartmut Weber A motion planning and execution system for mobile robots driven by stepping motors[外文期刊] 2000

8.王锦标.方崇智 过程计算机控制 1992

9.翁俊峰.薛昭武 DSP与PC间的数据通讯[期刊论文]-国外电子元器件 2004(6)

10.成大先 机械设计手册 1998

11.戴曙 机床滚动轴承应用手册 1993

12.周传宏.孙健利 滚动直线导轨副动态特性的实验研究 2001(02)

13.周传宏.孙健利.杨叔子 精密滚动直线导轨副工作台静刚度研究[期刊论文]-机械设计 1999(5)

14.王正君.周小玉 机床数控改造中进给系统滚珠丝杠副的选择[期刊论文]-机床与液压 2000(5)

15.杨祖孝 进给滚珠丝杠副传动刚度的计算　[期刊论文]-制造技术与机床 1999(7)

16.刘宝廷.程树康 步进电动机及其驱动控制系统 1997

17.张建民 机电一体化系统设计 2004

18.孔凡才 自动控制原理与系统 1999

19.Z Li.J Canny Motion of two rigid bodies with rolling constraint[外文期刊] 1990(06)

20.李玉东 Visual Basic 6.0中文版控件大全 2000

21.Badreddine Louhichi.Ahmed Masmoudi.Luc Loron Extending the analog input capabilities of the DS1102DSP controller board[外文期刊] 2005(31)

22.李忠.李峰 DSP编程的几个关键问题[期刊论文]-电子技术应用 2003(1)

23.Bal G.Bekiro_glu E A PWM technique for DSP controlled ultrasonic motor drive system 2005(01)

24.罗小兵.曹养书.何福庆.彭秀峰 步进电机正反转的自动控制[期刊论文]-成都大学学报(自然科学版) 2002(3)

25.Hui-Xin Zhou.Rui Lai.Shang-Qiang Liu A new real-time processing system for the IRFPA imaging signalbased on DSP&FPGA[外文期刊] 2005

26.步进电机数字控制功能的软件实现[期刊论文]-山西机械 1999(2)

27.冯绍娟 步进电机驱动器的设计与实现[期刊论文]-机械制造与自动化 2001(5)

28.GUngOr Bal.Erdal Bekiroglu.Sevki Demirbas Fuzzy logic. Fuzzy logic based DSP controlled servoposition control for ultrasonic motor 2004

29.Patricia Melin.Oscar Castillo Intelligent control of a stepping motor drive us ing an adaptiveneuro-fuzzy inference system 2005

30.李忠科.李福宝.李勤 通用步进电机升降速控制器设计[期刊论文]-沈阳工业大学学报 2004(3)

31.李海波.何雪涛 步进电机升降速的离散控制[期刊论文]-北京化工大学学报(自然科学版) 2003(1)

32.D O Carrica.S A Gonz_alez.M Benedetti A high speed velocity control algorithm of multiple steppermotors[外文期刊] 2004

33.宋登元.孙同文 光电倍增管特性、结构及选取考虑 1999(05)

34.Bing Nan Li.Ming-Chui Dong.Vai Mang I A novel intelligent sphygmogram analyzer for healthmonitoring of cardiovascular system 2005

35.沈显威.史俊富 全自动生化分析仪温度控制系统的研制[期刊论文]-医疗卫生装备 2003(5)

36.周航慈 单片机应用程序设计技术 1991

37.徐华英.徐秋华.赵莉.陈琪 用DS18B20和单片机构成的最小测温系统[期刊论文]-中国计量 2003(6)

38.蒋根深.张明亮.解旭辉.李圣怡 基于DS18B20的数字式温度控制系统[期刊论文]-控制工程 2003(5)

39.Peter J G Self-tuning PID controllers :Algorithms and Implementation 1986

40.杨智.陈新军 一种PID自整定温度控制器及实现[期刊论文]-化工自动化及仪表 2000(1)

1. 王红妍 基于DSP的全自动生化分析仪控制系统的设计[学位论文]2004

2. 李志勇 全自动生化分析仪电子学系统设计[学位论文]2003

3. 吴海波 全自动生化分析仪电子控制系统的设计与实现[学位论文]2006

4. 向伟荣 全自动生化分析仪运动控制部分的研究[学位论文]2007

5. 陈东 基于嵌入式Linux的全自动生化分析仪的研究与设计[学位论文]2006

6. 陈英 贝克曼全自动生化分析仪应用及改进[学位论文]2007

7. 周朵 全自动生化分析仪控制系统的设计与实现[学位论文]2009

8. 全 全自动生化分析仪的软件开发设计[学位论文]2006

9. 褚影 半自动生化分析仪的研究[学位论文]2008

10. 付平 全自动生化分析仪机电机构的研究[学位论文]2010

本文链接：http://d..cn/Thesis_Y777969.aspx