用于生物制藥中的多點無線測溫系統(tǒng)

常小青 檀宏杰 馮獻彬 王春巖

（1.石藥集團維生藥業(yè)，石家莊 050035；2.榮信電力電子股份有限公司，遼寧 鞍山 114051）

生物制藥產(chǎn)業(yè)被公認為是21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)，是生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、成效最顯著、發(fā)展最迅速的一個領(lǐng)域。它將生物技術(shù)和制藥產(chǎn)業(yè)合為一體，涉及到化學、基因?qū)W、、生物信息學、病理、物理等各學科，是一個多學科支撐的知識體系。

所謂生物制藥就是把生物工程技術(shù)應(yīng)用到藥物制造領(lǐng)域的過程，其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)，對 DNA進行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫(yī)藥制品。廣義的生物制藥包括了基因工程制藥、生化制藥等；而狹義的生物制藥則主要是指基因工程制藥。生物藥品是以微生物、寄生蟲、動物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學工藝或分離純化技術(shù)制備并以生物學技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量制成的生物活化制劑。

在生物制藥工藝過程中，其溫度的測量及控制一直是重要環(huán)節(jié)之一，它對于生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著決定性影響。在生物制藥工藝過程中，往往需要多點同時測溫，并且還要按照預(yù)定的溫度規(guī)程進行控制。而生物制藥現(xiàn)場往往連線和供電不便，故多點無線測溫是新興的溫度測量及控制的技術(shù)，帶有現(xiàn)場總線的系統(tǒng)更是現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 系統(tǒng)組成原理

1）系統(tǒng)外形

無線測溫系統(tǒng)外形見圖 1（左為測溫無線發(fā)送模抉，右為測溫無線接收模抉）。

圖1 無線測溫系統(tǒng)外形

2）系統(tǒng)電路組成

系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖

測溫無線發(fā)送模塊，可以1～n個，n小于256個。測溫無線接收模塊與測溫無線發(fā)送模塊之間采用藍牙技術(shù)的無線傳輸方式。測溫無線接收模塊可作成多路，其路數(shù)依據(jù)要求而定，且具有智能控制的現(xiàn)場總線功能。

3）測溫無線發(fā)送模塊電路組成

測溫無線發(fā)送模塊電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖3。

圖3 測溫無線發(fā)送模抉電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖

測溫無線發(fā)送模抉內(nèi)部組成：

（1）溫度變送器

溫度變送器采用一線總線制的高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，即DS18B20。

DS18B20基本性能：DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。

DS18B20產(chǎn)品的特點：①只要求一個端口即可實現(xiàn)通信；②在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號；③實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫；④測量溫度范圍在－55℃～＋125℃之間；⑤數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9位到12位選擇；⑥內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。

（2）CPU2—微電腦：負責測溫處理，指揮藍牙無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送。

（3）藍牙無線模塊：藍牙技術(shù)是一種短距（10～15m）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它能將各種通信設(shè)備、計算機及其終端設(shè)備、各種數(shù)字數(shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測溫數(shù)據(jù)。

（4）供電：采用光電池供電。本供電系統(tǒng)由硅光電池、充電控制電路和可充電電池組成。因此，測溫無線發(fā)送模塊可用于不便提供交流電源供電，或高壓區(qū)測溫及移動體（無電源）測溫等場合。

4）測溫無線接收模塊

（1）測溫無線接收模電塊路組成

測溫無線接收模電塊路組成結(jié)構(gòu)示意框見圖4。

圖4 測溫無線接收模塊電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖

（2）測溫無線接收模塊內(nèi)部組成

CPU1—微電腦：負責接收藍牙無線發(fā)送的測溫信息，驅(qū)動顯示。

藍牙無線模塊：同測溫無線發(fā)送模塊。

電源：采用通用的開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源。

顯示單元：采 0.5寸七段LED數(shù)碼管組成顯示單元。

2 創(chuàng)新點

2.1 原理創(chuàng)新

1）采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20。

DS18B20數(shù)字溫度計是 1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。

2）采用藍牙無線測溫系統(tǒng)。

3）采用光電池供電。

上述三種技術(shù)組合，實現(xiàn)了超小型、低功耗、多路、無線測溫系統(tǒng)，是一項原理創(chuàng)新。

2.2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

1）采用多個藍牙無線測溫發(fā)射模塊，一個集中藍牙無線測溫接收模塊結(jié)構(gòu)，是一種多點靈活的無線測溫結(jié)構(gòu)。

2）采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，光電池供電的一體化測溫結(jié)構(gòu)。

上述裝置是一種典型的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、藍牙無線和光電池供電等技術(shù)屬技術(shù)創(chuàng)新。

對于互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來講，管理層要轉(zhuǎn)變觀念，認識到員工培訓(xùn)的重要性。同時要對公司全體員工展開宣傳教育，使其明白培訓(xùn)的重要性，不可再令公司的教育培訓(xùn)流于形式。

2.4 應(yīng)用創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、藍牙無線收發(fā)和光電池供電的測溫系統(tǒng)，使用靈活，可用于不方便提供交流供電，特別是移動物體和高電壓場合的測溫，多路無線測溫和集中顯示等場合，將本多點無線測溫系統(tǒng)應(yīng)用于生物制藥產(chǎn)業(yè)，這是一種應(yīng)用創(chuàng)新。

3 產(chǎn)品主要技術(shù)指標

1）測溫范圍：-55～＋125℃。

2）數(shù)字溫度計的分辨率：用戶可以從 9位到12位選擇。

3）測溫發(fā)送裝置數(shù)據(jù)間隔：約 7s發(fā)送一個數(shù)據(jù)，且可預(yù)先設(shè)定。

4）測溫精度：±0.5℃。

5）測溫上、下限：可設(shè)定，并記憶，停電不丟，可以控制溫度范圍，也可設(shè)置超限報警。

6）探頭：不銹鋼管測溫探頭，長度可變，抗腐蝕。

7）藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸短距（10～15m），它能用于各種通信設(shè)備、計算機及其終端設(shè)備、各種數(shù)字數(shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測溫數(shù)據(jù)。

8）藍牙無線測溫發(fā)射模塊：尺寸為 84mm×104mm×176mm。其中：176mm為溫度變送器尺寸，其尺寸可位實際需要訂制。

9）測溫無線接收模塊：尺寸為 96mm×96mm×110mm。采5寸七段LED數(shù)碼管組成顯示單元，顯示測溫值。

10）供電：無線測溫發(fā)射模塊，+5V光電池給充電電池供電，太陽光下，充電8h，可供測溫發(fā)射模塊工作 16h，也可由白熾燈充電。充電狀態(tài)由發(fā)光二管顯示, 也可就用鋰電池供電。無線測溫接收模塊工作電源為220VAC，采用直流開關(guān)電源供電。

4 結(jié)論

生物制藥中的溫度檢測是為了控制制藥過程的溫度，對于生物制藥是十分重要的。目前傳統(tǒng)生物制藥中的溫度檢測多采用熱電偶摸擬方式長線傳輸，易受干擾，且可靠性差，測量精度低，影響生物制藥要求。由于摸擬方式測溫，連線多，不方便多點同時測溫。

用于生物制藥中的多點無線測溫系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代多點無線測溫裝置，在生物制藥過程中的實際應(yīng)用，它能提高生物制藥的測控水平，保證生物制藥的工藝穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)采用了超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20、藍牙無線收發(fā)技術(shù)和光電池供電，使系統(tǒng)的體積小，重量輕，且低功耗，智能測溫控溫，其使用靈活，在生物制藥中具有實用和推廣價值。