一种基于单片机的PCR温度控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于单片机的PCR温度控制系统，其可以更准确的控制温度，提高PCR扩增仪的检测结果的精度和准确率。其包括作为基于单片机实现的控制器、散热结构、分别设置于扩增仪试管两侧的制冷半导体；所述控制器基于H桥驱动电路驱动所述制冷半导体加热，通过所述PID电路驱动所述制冷半导体、所述散热结构维持温度；所述控制器基于USB协议通信连接人机交互界面。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的PCR温度控制系统
本技术涉及PCR温度控制
，具体为一种基于单片机的PCR温度控制系统。
技术介绍
PCR（聚合酶链式反应）技术具有灵敏度高、操作简单等优点，是医学、生物学等领域的重要诊断用、试验用装置。PCR技术是将反应试剂进行多次低温与高温的循环，一个循环后DNA扩增一倍，每次循环的产物是下一次循环的模板，DNA呈指数增加，从而实现DNA扩增。PCR扩增仪的使用步骤为：将试管中反应试剂先升高至一定的温度，高温维持一定的时间再将反应试剂降温至一定的温度，实现DNA扩增。整个过程中，对于温度的精准控制是非常重要的，然而传统PCR扩增仪的问题是无法做到高精度的控温，导致检测结果出现干扰。
技术实现思路
为了解决传统PCR扩增仪控温不准确的问题，本技术提供一种基于单片机的PCR温度控制系统，其可以更准确的控制温度，提高PCR扩增仪的检测结果的精度和准确率。本技术的结构是这样的：一种基于单片机的PCR温度控制系统，其特征在于，其包括作为基于单片机实现的控制器、散热结构、分别设置于扩增仪试管两侧的制冷半导体；所述控制器基于H桥驱动电路驱动所述制冷半导体加热，通过所述PID电路驱动所述制冷半导体、所述散热结构维持温度；所述控制器基于USB协议通信连接人机交互界面。其进一步特征在于：所述控制器基于STM32F407VGT607VGT6芯片实现；所述制冷半导体基于帕尔贴片实现；所述控制器基于两组隔离全桥驱动芯片VNH3SP30分别驱动设置于试管两侧的所述制冷半导体对反应试剂进行加热；所述散热结构基于散热风扇实现；其还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括基于芯片HR8826实现的微步进电机驱动器，所述微步进电机驱动器电连接电机控制光路检测装置的移动。本技术提供的一种基于单片机的PCR温度控制系统，通过人机交互界面下达预设高温温度、低温温度以及维持时间指令到控制器，控制器通过H桥驱动电路控制制冷半导体对于试管的加热，控制器采用PID维持高温加热的温度、散热结构进行散热；本专利的技术方案中，通过基于单片机实现的控制器、PID控制芯片、制冷半导体、散热结构来实现对PCR试管的精准温控，确保系统温度的超调量小，调节时间短，满足DNA扩增的温度要求。附图说明图1为本专利的系统结构框图。具体实施方式如图1所示，本技术一种基于单片机的PCR温度控制系统，其包括作为基于单片机实现的控制器1，设置于扩增仪试管两侧的制冷半导体3、散热结构4；控制器1基于PID电路控制散热结构4，控制器1基于H桥驱动电路2驱动制冷半导体3加热，通过PID电路驱动制冷半导体3维持温度；控制器1基于USB通信连接人机交互界面；因为扩增仪试管两侧需要分布设置一组制冷半导体3，所以本专利中的H桥驱动电路2、制冷半导体3分布设置两组。本专利中控制器1基于STM32F407VGT607VGT6芯片实现；制冷半导体3基于帕尔贴片实现；人机交互界面基于STM32F407VGT6芯片指令实现，安装在手机、平板等移动端上，基于USB协议与控制通信连接；STM32F407VGT6芯片通过自身的PID控制策略实现对制冷半导体3、散热结构4的控制；本专利中的H桥驱动电路2基于隔离全桥驱动芯片VNH3SP30实现，控制器1基于隔离全桥驱动芯片VNH3SP30驱动制冷半导体3对反应试剂进行加热；散热结构4基于散热风扇实现。基于STM32F407VGT6芯片自带的PID策略控制制冷半导体3、散热结构4的恒温时间，克服了传统PCR扩增仪温度难以控制、超调量大等缺点，确保了对温度、时间的精准控制。实际应用时，在试管中放入荧光标记的反应试剂，通过人机交互界面发送温度指令，指令包括：高温温度、低温温度以及温度维持时间（具体温度和时间根据实际试验所需进行设置）；控制器1基于隔离全桥驱动芯片VNH3SP30驱动制冷半导体3对反应试剂进行高温加热，将温度加热到高温温度；达到预设温度后，控制器1基于PID调节技术将高温温度维持一定的时间，如：15s；当温度维持时间到达之后，控制器1控制散热风扇对试管进行散热降温，将温度降低到低温温度后，基于PID调节技术将低温温度维持一定的时间，经过几十次的高温与低温循环，完成本次试验。数据采集模块包括基于芯片HR8826实现的微步进电机6驱动器5，微步进电机6驱动器5电连接电机6控制光路检测装置7的移动；其中，光路检测装置7基于现有的PCR扩增仪用光路检测装置实现即可；当一组升温、降温循环结束后，微步进电机6驱动器5驱动两台电机6：电机1、电机2，控制光路检测装置7的移动，完成对试管中反应液的荧光信号的采集；循环几十次并得到最终叠加的荧光强度，根据荧光强度判断试剂成分。使用本技术的技术方案后，基于STM32F407VGT6芯片实现对加热、散热、荧光信号采集三者的自动循环控制，确保三个过程的精准实施，进而确保试验结果的精准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单片机的PCR温度控制系统，其特征在于，其包括作为基于单片机实现的控制器、散热结构、分别设置于扩增仪试管两侧的制冷半导体；所述控制器基于H桥驱动电路驱动所述制冷半导体加热，通过PID电路驱动所述制冷半导体、所述散热结构维持温度；所述控制器基于USB协议通信连接人机交互界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的PCR温度控制系统，其特征在于，其包括作为基于单片机实现的控制器、散热结构、分别设置于扩增仪试管两侧的制冷半导体；所述控制器基于H桥驱动电路驱动所述制冷半导体加热，通过PID电路驱动所述制冷半导体、所述散热结构维持温度；所述控制器基于USB协议通信连接人机交互界面。


2.根据权利要求1所述一种基于单片机的PCR温度控制系统，其特征在于：所述控制器基于STM32F407VGT60...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶反修，唐丹丹，方钦，张鹏，吴定会，
申请(专利权)人：无锡市金义博仪器科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32