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(xì)化工和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室中有著廣泛的應(yīng)用。在藥液配制上,一般采取人工方式,由于個(gè)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(fù)性,配制時(shí)藥液比例錯(cuò)誤即會(huì)造成藥液廢棄。稀釋分配器通過(guò)機(jī)械裝置推動(dòng)注射器,實(shí)現(xiàn)高精度、平穩(wěn)無(wú)脈動(dòng)的液體傳輸;具有寬范圍的運(yùn)行速度,流量精確,控制精度高,有著人工配液無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)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(lèi)藥液對(duì)操作人員的潛在危害,特別適

2、用于精細(xì)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(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域。目前我國(guó)生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要采用進(jìn)口的醫(yī)用稀釋分配器,其自動(dòng)化程度高、使用方便,但價(jià)格昂貴,難以普及,而國(guó)內(nèi)稀釋分配器廠家數(shù)量較少,大多僅從國(guó)外購(gòu)進(jìn)配件,進(jìn)行簡(jiǎn)單二次加工,缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),其產(chǎn)品精確度與進(jìn)口產(chǎn)品有較大差距。國(guó)內(nèi)對(duì)配制藥液的精密儀器需求量較大,因此很有必要開(kāi)發(fā)一種高精度、高適應(yīng)性的醫(yī)用稀釋分配器。
　　方法：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外稀釋分配器的技術(shù)特點(diǎn)分

3、析,結(jié)合國(guó)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(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)與自動(dòng)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(shè)計(jì)稀釋分配器的機(jī)械結(jié)構(gòu),完成各配件及傳動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配方法設(shè)計(jì);利用電路圖設(shè)計(jì)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(shè)計(jì);利用印刷電路板設(shè)計(jì)軟件繪制稀釋分配器的印刷電路板;利用單片機(jī)編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)稀釋分配器的移液、稀釋、配液等自動(dòng)化過(guò)程,開(kāi)發(fā)智能化軟件系統(tǒng)

4、,實(shí)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(duì)稀釋分配器發(fā)送初始化、復(fù)位及運(yùn)行指令。微控制單元接收指令后,控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)初始化、復(fù)位及相應(yīng)操作功能;步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)換向閥、通過(guò)絲杠同步結(jié)構(gòu)推拉注射器,實(shí)現(xiàn)藥液的高精度定量分配;運(yùn)用光電傳感器對(duì)換向閥閥芯及注射器活塞位置進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)換向閥的初始化、復(fù)位及換向操作,實(shí)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(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及樣機(jī)測(cè)試。主要內(nèi)容如下:(1)稀釋分配器的總體設(shè)計(jì)主要包括樣機(jī)工作流程、應(yīng)使用何種模塊、各模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)何種功能、模塊間關(guān)系與通訊等。(2)稀釋分配器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括樣機(jī)外形設(shè)計(jì)、建模、加工;樣機(jī)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、樣機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)加工、印制電路板加工,樣機(jī)整體安裝。其外形采用CATIA進(jìn)行3D建模。(3)稀釋分配器的硬件設(shè)計(jì)主要包括可編程微控制單元模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)主要采用嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具IAR編譯器,對(duì)微控制單元進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)稀釋分配器初始化、復(fù)位,完成稀釋、移液、分配功能。(5)稀釋分配器樣機(jī)測(cè)試主要是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣機(jī)的性能、穩(wěn)定性、精確度、實(shí)用性等性能指標(biāo)。
　　結(jié)果：設(shè)計(jì)并完成稀釋分配器樣機(jī),具有一整套獨(dú)立的總體、硬件、軟件、機(jī)械結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件設(shè)

7、計(jì)。主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)并完成了稀釋分配器樣機(jī)的整體運(yùn)行框架,確立了機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件及軟件之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)的互動(dòng)與聯(lián)系關(guān)系,繪制并完成了樣機(jī)的總體設(shè)計(jì)框圖。(2)設(shè)計(jì)并完成了稀釋分配器樣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制并完成了樣機(jī)的3D模型圖。其中使用光電傳感器與定位柵盤(pán)相配合,結(jié)合步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸定制加工,設(shè)計(jì)并成功實(shí)現(xiàn)了換向閥及注射器位置的測(cè)定方法;使用絲杠同步結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與注射器活塞的直線運(yùn)動(dòng)間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)了注射器對(duì)藥液的抽注。(3)

8、編寫(xiě)并調(diào)試了稀釋分配器樣機(jī)的軟件系統(tǒng),其中使用中斷嵌套成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)換向閥與注射器位置的測(cè)定,完成了稀釋分配器初始化、復(fù)位、稀釋、移液及分配功能。(4)將制作完成的樣機(jī)本體、印刷電路板、步進(jìn)電機(jī)、注射器、換向閥及絲杠同步傳動(dòng)裝置等組裝完成稀釋分配器樣機(jī),進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件、軟件調(diào)試,檢測(cè)了各模塊性能,修改各模塊設(shè)計(jì)。(5)結(jié)合實(shí)際對(duì)稀釋分配器樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,樣機(jī)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(shí)間

9、范圍為1min-60min,精確度<1％。
　　結(jié)論：經(jīng)樣機(jī)測(cè)試,該稀釋分配器能實(shí)現(xiàn)藥液精密稀釋分配,具有自動(dòng)化、高精度和方便快捷的特點(diǎn),整體設(shè)計(jì)緊湊,使用方便,性能可靠,為生物實(shí)驗(yàn)和臨床配液提供了一種實(shí)用的先進(jìn)技術(shù)手段。然而,本論文的稀釋分配器僅設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)室使用,在實(shí)際使用條件下,考慮到不同工作環(huán)境的影響,所以,為了進(jìn)一步提高稀釋分配器的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,在本文的研究工作基礎(chǔ)上,可以通過(guò)對(duì)電路及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作進(jìn)一步優(yōu)化,以滿(mǎn)足在不