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全自动核酸检测工作站中实验板操纵器的研制与应用

发布时间:2018-06-26 11:15

  本文选题:核酸检测 + 实验板管理 ; 参考:《湖南工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:本课题组研制的基于磁分离的高通量全自动核酸检测工作站可以实现从临床样本到核酸产物高通量检测,其使用到的实验板种类繁杂。仅依靠人工对工作站中实验板进行管理,浪费了宝贵的人力资源,降低了科研效率。为了实现对全自动核酸检测工作站中微孔板等耗材的智能集约化管理,提高核酸检测的自动化效率,本文以C8051F120为主控制器并结合传感器技术和自动化控制技术,设计并实现了一种基于CAN总线通信的实验板操纵器。该装置主要由四轴步进电机驱动模块、CAN通信模块、光电传感器模块、主控模块和其他模块组成。具体研究内容包括:(1)设计并实现了一种基于THB6128的高精度微型步进电机驱动器,该驱动器支持多细分、多种工作电流设置;为了提高步进电机的控制精度,根据步进电机的特性,改进了基于脉冲法的等频率S型加减速算法。结合改良后的算法,步进电机驱动系统的重复定位精度可达到±0.1 mm;最大启动频率比不加算法时提高约4倍;最大启动频率下的负载能力由不加算法时的400 g提升至500 g,使步进电机驱动系统具有定位准确、负载能力强、易于控制的优点。(2)由于C8051F120单片机本身无CAN总线接口,而全自动核酸检测工作站的通信方式为CAN总线,为实现实验板操纵器与上位机的耦合,设计了基于MCP2515的CAN总线通信模块;本文还设计了能实现实验板操纵器中实验板出栈、入栈、锁定、解锁等功能的通信协议。该模块是基于51单片机的CAN通信模块,具有可拓展性强、错误自检、通信距离远等特点。(3)通过相关实验对本文所设计的步进电机驱动器、CAN总线通信模块的功能以及实验板操纵器的整体性能进行了验证。结果表明,本装置作为全自动核酸检测系统的一部分,实现了实验板的智能管理与调用,大大降低了实验管理的繁琐程度,不但为核酸检测系统节约了实验空间,提高了空间利用率,还具备方便拓展的功能,具备较广阔的应用前景。
[Abstract]:The high throughput automatic nucleic acid detection workstation based on magnetic separation developed by our team can realize high throughput detection from clinical samples to nucleic acid products. It wastes valuable human resources and reduces the efficiency of scientific research by only relying on manual management of the experimental board in the workstation. In order to realize the intelligent intensive management of consumables such as microporous plates in the automatic nucleic acid detection workstation and improve the automatic efficiency of nucleic acid detection, this paper takes C8051F120 as the main controller and combines the sensor technology and automatic control technology. An experimental board controller based on can bus communication is designed and implemented. The device is mainly composed of can communication module, photoelectric sensor module, main control module and other modules. The main contents are as follows: (1) A high-precision micro-stepping motor driver based on THB6128 is designed and implemented, which supports multi-subdivision and multi-working current settings, and in order to improve the control accuracy of stepping motor, according to the characteristics of stepping motor, An equal frequency S-type acceleration and deceleration algorithm based on pulse method is improved. Combined with the improved algorithm, the repetitive positioning accuracy of the stepper motor drive system can reach 卤0.1 mm, and the maximum starting frequency is about 4 times higher than that without the algorithm. The load capacity at the maximum starting frequency is increased from 400g without algorithm to 500g, which makes the stepping motor drive system have the advantages of accurate positioning, strong load capacity and easy control. (2) because C8051F120 single chip microcomputer has no can bus interface, The communication mode of the automatic nucleic acid detection workstation is can bus. In order to realize the coupling between the experiment board manipulator and the upper computer, the can bus communication module based on MCP2515 is designed. Stack, lock, unlock and other functions of the communication protocol. This module is a can communication module based on 51 single chip microcomputer. The communication distance is long. (3) the function of the can bus communication module designed in this paper and the overall performance of the experimental board controller are verified by the related experiments. The results show that as a part of the automatic nucleic acid detection system, the device realizes the intelligent management and transfer of the experimental board, greatly reduces the tedious degree of the experimental management, and saves the experimental space for the nucleic acid detection system. The utility ratio of space is improved, and it has the function of convenient expansion, and has a broad application prospect.
【学位授予单位】:湖南工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH789;Q52

【参考文献】

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本文编号:2070204

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