4 泵閥模塊

　　系統(tǒng)采用獨(dú)立的泵閥一體模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的微量加注，該模塊采用注射式加樣，其原理與普通醫(yī)用注射器一致，當(dāng)注射桿推進(jìn)H行程時(shí)，加樣體積為：

　　其中D為注射器直徑，V為加樣體積，可知，當(dāng)注射器的直徑一定時(shí)，可以通過(guò)控制注射桿的拉動(dòng)行程來(lái)精確控制每次加樣的體積，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加樣量的控制。

　　泵閥一體模塊以單片機(jī)為控制核心，采用高精度步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)注射器的推拉。結(jié)合(3)式和步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，可以得到系統(tǒng)的加樣分辨率為(4)式所示，其中n為電機(jī)的細(xì)分度，l為電機(jī)導(dǎo)程。最終，由加樣分辨率可以得到脈沖頻率與電機(jī)加樣速度的關(guān)系如(5)式所示。

　　除了采用步進(jìn)電機(jī)改變加樣液體體積，模塊還采用三通電磁閥改變加樣裝置中的液體流向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的精確吸吐。控制系統(tǒng)框圖如圖5所示，通過(guò)開環(huán)控制與反饋機(jī)制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)模塊功能。在自動(dòng)加樣系統(tǒng)中，泵閥一體模塊通過(guò)串口與FPGA進(jìn)行通信，模塊的軟件總流程如圖6所示。

　　5 無(wú)線控制

　　為了進(jìn)一步減少在加樣過(guò)程中與有害液體的接觸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)加樣器更為靈活的控制，系統(tǒng)將安卓手機(jī)作為加樣器的無(wú)線控制端。FPGA通過(guò)配置以太網(wǎng)控制芯片DM9000，與安卓手機(jī)建立基于ARP和UDP的服務(wù)器/客戶機(jī)模型，其中FPGA作為服務(wù)器，手機(jī)作為客戶端。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信流程圖如圖7所示。

　　手機(jī)無(wú)線控制端的主要功能是對(duì)儀器進(jìn)行無(wú)線控制和系統(tǒng)監(jiān)視。發(fā)送的控制信息主要包括儀器自檢、開啟、暫停、恢復(fù)、關(guān)機(jī)、周保養(yǎng)以及試管架總數(shù)和加樣量等。接收信息主要包括儀器運(yùn)行狀態(tài)和液位信息。

　　6 系統(tǒng)測(cè)試

　　設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)的加樣精度及加樣速度進(jìn)行了測(cè)試，得到系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。使用STP高精度電子秤，通過(guò)加樣量20ul和50ul的實(shí)測(cè)值，對(duì)系統(tǒng)精度進(jìn)行測(cè)試，得到加樣精準(zhǔn)度數(shù)據(jù)如表2所示。