[实用新型]一种基于嵌入式技术的热循环仪测控系统

说明书

本实用新型公开了一种基于嵌入式技术的热循环仪测控系统，包括微控制器系统模块、温度采集模块、功率驱动模块、系统状态监控模块和通讯接口模块。本实用新型可以为热循环仪或类似仪器提供全部组件的精确监测与控制，能够大幅降低仪器故障率，更加安全、可靠地保障了仪器的功能实现和稳定运行，从而有效降低类似仪器的后期维护成本，具有较大市场价值。

技术领域

本实用新型涉及测控技术领域，具体涉及一种基于嵌入式技术的热循环仪测控系统。

背景技术

美国Perkin E1mer(珀金埃尔默)公司的科学家Dr.Mullis所实用新型的生物分子学中的聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction，简称PCR)，是二十世纪八十年代中期开始发展的分子生物学的体外核酸扩增技术，这种技术又被称为无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。PCR技术在理论和应用上是具有超越时代意义的革命性实用新型，Dr.Mullis由此获得了1993年化学诺贝尔奖。

应用PCR技术，能在一个普通小试管中将所要研究的基因或某一小片DNA片段在短短几小时之内扩增到十万、数百万倍，使人们肉眼能直接观察和作出判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供人们分析研究和检测鉴定。过去要花几天几星期才能做到的事情，使用PCR技术短短几小时便可完成。PCR技术可以非常简便快速地采取体外扩增的方式从微量生物材料中获取大量特定的遗传物质，它可以检测基因突变和基因组的不稳定性，已经广泛应用于遗传分析，所以被迅速应用到生命科学、医学研究、遗传工程、SARS等疾病诊断以及法医和考古学等领域。

PCR技术原理是将待扩增的DNA做模板，用来与模板正链和负链互补的两种寡聚核苷酸做引物，经过模板DNA的变性、模板与引物结合复性以及在DNA聚合酶作用下发生引物链延伸反应等三步循环来扩增两引物间的DNA片段。每一循环的DNA产物经变性后又成为下一个循环的模板DNA。整个工作过程需要在三种不同温度下(即变性、退火、延伸)循环完成，每经历一次循环可使基因增加一倍，经过25-30次左右的循环，最终使基因扩增100万倍以上。

热循环仪是指能够自动完成PCR反应的仪器，亦即是控制反应物在指定的变性温度、复性温度和延伸温度之间自动循环的仪器，主要由测控系统、半导体变温模块、热盖模块和触摸屏单机系统组成，半导体变温模块主要包括半导体制冷组件、散热风扇组件和电热片组件。工作时，由测控系统控制半导体变温模块与热盖模块进行快速升温–恒温–快速降温–恒温的往复循环变温过程，实现基因扩增过程中所需要的温度条件，从而完成PCR实验，并通过触摸屏单机系统实现人机交互功能。

目前，热循环仪已经广泛应用于生命科学研究、法医鉴定、疫情快速检验、生化分析、临床诊断和药物分析等多个领域。

热循环仪工作过程需要对反应物进行快速的升降温控制，升降温最大速率一般可达4℃/s，仪器的测控和温控精度要求非常高，相关功率组件及驱动模块很容易因系统内部电流、电压等扰动因素造成相关功率组件或元器件出现过热故障，影响仪器使用寿命，甚至导致相关元件直接烧毁，造成经济损失。如何对已有的热循环仪及类似仪器提供全部组件的实时监测与控制，安全、可靠地保障仪器的功能实现和稳定运行，一直是这一领域需要攻克的难题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种基于嵌入式技术的热循环仪测控系统，可以实现对热循环仪内各相关组件的电流、电压及温度进行有效的实时监测，以实现热循环仪的整机监测功能，及时有效地避免各相关组件因过流、过压及过温所造成的损坏，安全、可靠地保障仪器的功能实现和稳定运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于嵌入式技术的热循环仪测控系统，包括微控制器系统模块、温度采集模块、功率驱动模块、系统状态监控模块和通讯接口模块；

所述微控制器系统模块主要包括嵌入式微控制器；