一種病理組織漂片機的設(shè)計

劉正文，方明剛，鞏林芳

1.膠州市人民醫(yī)院，設(shè)備科，山東 青島 266300；2.青島黃島區(qū)中醫(yī)院 a.器械科；b.病理科；，山東 青島 266500

病理醫(yī)師在漂片時，經(jīng)常因為水溫不合適導(dǎo)致漂片失敗，所以溫度的穩(wěn)定對漂片機極為重要。我們利用MSP430單片機、LM35溫度傳感器和鑄件加溫器設(shè)計了一種病理組織漂片機，使其水溫控制更加穩(wěn)定可靠，溫度變化控制在0.5 ℃以內(nèi)，并在水槽內(nèi)加裝照明設(shè)施，使漂片工作更加簡便。

1 漂片機溫控系統(tǒng)設(shè)計

基于MSP430單片機和LM35溫度傳感器對漂片機溫控系統(tǒng)進行設(shè)計，使之具備體積小、功耗低、穩(wěn)定性高、成本低等特點。

1.1 漂片機溫控系統(tǒng)方案設(shè)計

溫控電路由傳感器電路、信號調(diào)整電路、單片機[1-3]系統(tǒng)、輸出控制電路、溫度調(diào)節(jié)電路構(gòu)成。溫控系統(tǒng)設(shè)計原理框圖，見圖1。

電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出到信號調(diào)整電路，信號經(jīng)過調(diào)整頻率信號后輸入給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計的溫度要求判斷溫度調(diào)節(jié)電路是否投入工作。設(shè)計時以設(shè)定溫度為判別依據(jù)：當(dāng)溫度量值低于設(shè)定溫度0.5 ℃時，溫度調(diào)節(jié)電路進行加溫通；當(dāng)溫度量值高于設(shè)定溫度0.5 ℃時，電路停止工作。

1.2 溫度傳感器電路設(shè)計

LM35系列是精密集成電路溫度傳感器，其輸出的電壓與攝氏溫度成正比，因此，LM35比按絕對溫標(biāo)校準的線性溫度傳感器優(yōu)越的多。LM35系列傳感器生產(chǎn)制作時已經(jīng)過校準，輸出電壓與攝氏溫度一一對應(yīng)，使用極為方便。靈敏度為10.0 mV/℃，精度在0.4～0.8℃(-55～+150℃的范圍內(nèi)),重復(fù)性好，低輸出阻抗，線性輸出和內(nèi)部精密校準使其與讀出或控制電路接口簡單、方便，可單電源和正負電源工作。傳感器電路圖，見圖2。

這種電路可以與單片機接口，較A/D變換電路簡單。溫度傳感器[4]的輸出電壓入V/F變換器LM131的7腳，使溫度在0～+100℃的變化范圍內(nèi)輸出相應(yīng)的頻率20～1000 Hz。需要在50℃時調(diào)整5K電位器，使得該溫度時輸出頻率為500 Hz。

圖1 溫控系統(tǒng)原理框圖

圖2 傳感器電路圖

2 漂片機電源模塊設(shè)計

MSP430型單片機[5-7]是低功耗的單片機，采用3 V供電，要用專用的電源模塊來對其進行供電，故系統(tǒng)單片機的供電模塊采用德州儀器公司生產(chǎn)的TPS76301。這個電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，可以輸出1.6～5.0 V的電壓，只有5個管腳，可以提供150 mA的電流。電源模塊電路圖，見圖3。

其中，電阻R1和R2上的電流必須是7 μA左右，R1選用187 kΩ，R2選擇169 kΩ

圖3 電源模塊電路圖

3 漂片機液晶模塊設(shè)計

LCD用于實時顯示系統(tǒng)測量值，根據(jù)要求系統(tǒng)選用了MG-12232液晶模塊，該模塊供電電壓設(shè)計為3 V的低功耗環(huán)境，驅(qū)動芯片采用SED15 20F9A，具體連接電路，見圖4。MSP430單片機通過P5口與MG-12232的數(shù)據(jù)總線進行連接。

圖4 液晶模塊電路圖

4 單片機系統(tǒng)設(shè)計

MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）公司生產(chǎn)16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）[8]。

用MSP430作為主控制器。由于其具有低電壓、超低功耗、數(shù)據(jù)處理能力強大、片內(nèi)外資源豐富的特點，而且有16個中斷源，可以嵌套使用，通過中斷將CPU從低功耗模式下喚醒，所以可以編寫出實時性很高的程序且實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗的要求。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計使用的是適用于MSP430系列的C語言，這種C語言與標(biāo)準C語言兼容程度很高。開發(fā)平臺使用的是IAR公司專為MSP430系列提供的集成調(diào)試環(huán)境Embedded Workbench和C語言調(diào)試器C-SPY，運用模塊化程序設(shè)計思路，進行溫控系統(tǒng)的程序開發(fā)。系統(tǒng)軟件流程框圖，見圖5。程序主要由主模塊、初始化模塊、AD數(shù)據(jù)采樣處理模塊、LCD模塊操作、溫控電路調(diào)節(jié)模塊等部分構(gòu)成。

圖5 系統(tǒng)軟件流程框圖

6 加熱器的選擇

加熱器采用鑄鋁加熱器，鑄鋁加熱器是以管狀電熱元件為發(fā)熱體，并彎曲成型，進入模具用優(yōu)質(zhì)金屬合金材料為外殼以離心式澆鑄成各種形狀，有圓型、平板、直角型、風(fēng)冷、水冷及其他異型等。經(jīng)精加工后它能和被加熱體緊密貼合，鑄鋁加熱器表面負荷可達到2.5-4.5 w/cm2，最高工作溫度300～450 ℃；金屬鑄造加熱器是一種高效熱分部均勻的加熱器，熱導(dǎo)性極佳的金屬合金，確保熱面溫度均勻，消除了設(shè)備的熱點及冷點。具有長壽命、保溫性能好、機械性能強、耐腐蝕、抗磁場等優(yōu)點。將外散熱面增加保溫裝置，內(nèi)散熱面燒結(jié)紅外線這樣可節(jié)約用電35%。將加熱器與水槽底部緊密連接，保證了良好的熱傳遞，通過接插件與控制電路連接，保證了水槽的相對獨立。

7 照明系統(tǒng)設(shè)計

照明系統(tǒng)選擇貼片式白光LED 日光燈。水槽底部側(cè)面主顏色是黑色，前后兩側(cè)開孔，安裝LED照明燈管，使整個水槽黑白對比分明，切片易于觀察，便于漂片操作。

8 設(shè)計好的漂片機主要性能

（1）電腦自動控溫：定時開/關(guān)機，恒溫控制，溫度達到設(shè)定值時有提示音。

（2）加熱方式：澆鑄熱板取代了傳統(tǒng)的電阻絲加熱，無明火、持久耐用、熱效高、節(jié)省能源、安全可靠。檢測溫度低于設(shè)定溫度2 ℃時，加熱功率增大2倍，這樣即可以保證升溫快，有可以保證溫度恒定。

（3）雙重溫度保護：在單片機溫控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加溫控開關(guān)，保證設(shè)備安全，使本機工作起來更無后顧之憂。

（4）機內(nèi)照明：本機最具特點是機內(nèi)設(shè)有LED日光管照明，黑白反差明顯，伸展后的組織切片在水中平整度、組織的完整性一目了然，使漂片工作特別方便快捷。

（5）水槽獨立：漂片機水槽為進口貼膜玻璃器皿與整體機身各是獨立存在的。漂片機水槽中的水可以根據(jù)工作需要隨時傾倒，清潔水槽，不必搬動主機。

9 結(jié)語

由MSP430單片機、LM35溫度傳感器和鑄件加溫器等原件構(gòu)成的病理組織漂片機，經(jīng)過反復(fù)測試，工作穩(wěn)定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時間短、抗干擾能力強等特點。且該漂片機成本低廉，器件均為常規(guī)元件，具有很高的利用價值。

[1]陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

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[3]李建中.單片機原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2010.

[4]王春暉.環(huán)境試驗箱中制冷系統(tǒng)的原理分析及優(yōu)化概述[J].電子質(zhì)量,2003,(12):38-39.

[5]周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[6]胡大可.MSP430系列單片機C語言程序設(shè)計與開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[7]沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[8]胡大可.MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.