專利名稱：一種pcr儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物學(xué)及醫(yī)學(xué)的檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種PCR儀的通用基礎(chǔ)控 制平臺(tái)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)化控制系統(tǒng)是所有類別的PCR檢測(cè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是基因擴(kuò)增生 長(zhǎng)所依賴的重要基礎(chǔ)系統(tǒng)，因此對(duì)PCR儀的自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其應(yīng)用環(huán)境的研 究將會(huì)適用于多數(shù)類型的PCR檢測(cè)控制系統(tǒng)，它是整個(gè)現(xiàn)代PCR檢測(cè)系統(tǒng)的基 礎(chǔ)研究?；驍U(kuò)增循環(huán)過程控制是PCR反應(yīng)的重要特征之一，不僅直接影響系 統(tǒng)的可靠性和魯棒性，而且在系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。有關(guān)PCR儀基礎(chǔ)控制平臺(tái)的 研究是一個(gè)集合了自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和分子生物學(xué)等多學(xué)科交叉的新的研究方向。
現(xiàn)有的PCR儀的功能比較單一，適用范圍較窄，迄今在國(guó)際上關(guān)于基因擴(kuò) 增檢測(cè)控制系統(tǒng)的研究結(jié)果顯示，基因擴(kuò)增檢測(cè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制平臺(tái)的建 立將有助于提升系統(tǒng)的精確性、靈敏性和適用范圍，通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)能使現(xiàn) 有的PCR儀適用多種應(yīng)用場(chǎng)合，目前國(guó)內(nèi)還未見到有關(guān)PCR儀的通用基礎(chǔ)控制 平臺(tái)的報(bào)道。因此研究和開發(fā)PCR儀通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)對(duì)PCR儀的功能提升將 具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有PCR儀功能和適用范圍的不足，本發(fā)明提出一種可滿足不同應(yīng)用 場(chǎng)合的、具有不同功能的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，通過系統(tǒng)總線和通用控 制接口將平臺(tái)的各個(gè)部分連接成為一體，適用于PCR儀的通用基礎(chǔ)控制。該平臺(tái)能在較大范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和溫度控制，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選定接口 模塊， 一次性地對(duì)基因目標(biāo)進(jìn)行擴(kuò)增、檢測(cè)和分析。
本發(fā)明提供一種PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其包括一計(jì)算機(jī)信息處理系 統(tǒng)、 一自動(dòng)分析模塊、 一通用控制模塊、 一電源模塊和一通用控制接口。計(jì)算 機(jī)信息處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息傳遞、與系統(tǒng)通用控制模塊通訊、數(shù)據(jù)采集指令 下達(dá)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，并以圖表的形式把分析結(jié)果顯示在屏
幕上或打印出來；自動(dòng)分析模塊可實(shí)時(shí)分析計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)，并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行線性回歸分析和優(yōu)化處理以彌補(bǔ)數(shù)據(jù)差異，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)可與設(shè)定域值 水平進(jìn)行比較，以獲得最準(zhǔn)確、可重復(fù)性的數(shù)據(jù)并計(jì)算未知樣品的濃度；通用 控制模塊是按照標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可組態(tài)的設(shè)計(jì)理念而形成的控制模塊，包含 控制選擇單元、算法控制單元、控制策略單元、數(shù)據(jù)采集單元和電子電路控制 邏輯；控制選擇單元用于控制模式的選擇，依據(jù)通用控制接口所連接的功能模 塊選擇相應(yīng)的控制模式；控制模式選定后，算法控制單元將輸出合理的控制算 法；控制策略單元主要針對(duì)過程控制中的實(shí)際情況制定并輸出控制策略；數(shù)據(jù) 釆集單元負(fù)責(zé)各種控制信息或數(shù)據(jù)的采集，采集后的數(shù)據(jù)送交算法控制單元和 控制策略單元；電子電路控制邏輯是通用控制模塊的硬件電路組成，其包含高 性能16位單片機(jī)、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、系統(tǒng)總線、總線控制邏輯和其他硬件芯片， 完成硬件功能的實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)總線包含數(shù)據(jù)線、控制信號(hào)線、地址線、電源線和 標(biāo)準(zhǔn)接口插排；電源模塊可對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)部分提供工作電源，其 輸入為交流220V， f敘出直流電壓為+5V、 +12V、 -12V、 +24V、 -24V;通用控制4妄口可通過系統(tǒng)總線對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)功能模塊之間提供各類信息的相 互傳遞通道，并可連接多個(gè)功能模塊和外部檢測(cè)裝置，連接相關(guān)硬件模塊后，
可構(gòu)成普通PCR、終點(diǎn)定量PCR、熒光定量PCR和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
本發(fā)明所涉及的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)具有數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、 數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示、通訊管理、實(shí)時(shí)控制等功能，該平臺(tái)可直接 形成一種PCR儀應(yīng)用于實(shí)際控制中，也可以和其他相關(guān)硬件模塊接口形成不同 類型的PCR ^r測(cè)控制系統(tǒng)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的通用控制模塊功能結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的通用控制接口結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l.計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)，2.自動(dòng)分析模塊，3.通用控制模塊，4.電 源模塊，5.通用控制接口， 6.系統(tǒng)總線，7.控制選擇單元，8.算法控制單元， 9.控制策略單元，10.數(shù)據(jù)采集單元，11.電子電路控制邏輯，12. USB模塊， 13.加熱模塊，14.顯示模塊，15.驅(qū)動(dòng)模塊，16.輸入模塊，17.與其他設(shè)備 接口模塊，18.焚光儀模塊，19.光路檢測(cè)模塊，20.終點(diǎn)定量試劑，21.實(shí) 時(shí)熒光定量試劑，22.數(shù)據(jù)線，23.控制信號(hào)線，24.地址線，25.電源線， 26.標(biāo)準(zhǔn)接口插排。
具體實(shí)施例方式
參閱圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括一計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)(1)、 一自
動(dòng)分析模塊(2)、 一通用控制模塊(3)、 一電源模塊(4)和一通用控制接口 (5)。 計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)(1)負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息傳遞、與通用控制模塊(3)通訊、下 達(dá)部分?jǐn)?shù)據(jù)采集指令、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，并以圖表的形式把分 析結(jié)果顯示在屏幕上或打印出來；自動(dòng)分析模塊(2)可實(shí)時(shí)分析經(jīng)過采集的數(shù) 據(jù)，并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析和優(yōu)化處理以彌補(bǔ)數(shù)據(jù)差異，經(jīng)過處理后的 數(shù)據(jù)可與設(shè)定域值水平進(jìn)行比較，以獲得最準(zhǔn)確、可重復(fù)性的數(shù)據(jù)并計(jì)算未知 樣品的濃度；通用控制模塊(3)是按照標(biāo)準(zhǔn)化和可組態(tài)設(shè)計(jì)理念而形成的控制 模塊，負(fù)責(zé)硬件平臺(tái)的控制策略，其包含控制選擇單元(7)、算法控制單元(8)、 控制策略單元(9)、數(shù)據(jù)釆集單元(10)和電子電路控制邏輯(11);電源模塊 (4)可對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)部分提供工作電源，其輸入為交流220V,輸 出為+5V、 +12V、 -12V、 +24V、 -24V;通用控制4妻口 (5)包含多個(gè)多功能接口 和相關(guān)控制電路，可通過系統(tǒng)總線(6)對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)功能模塊之 間提供各類信息的相互傳遞通道，并可連接多個(gè)功能模塊和外部檢測(cè)裝置。
參閱圖2所示，本發(fā)明所述的通用控制模塊(3)所包含的控制選擇單元(7) 用于控制模式的選擇，依據(jù)通用控制接口 (5)所連接的功能模塊選擇相應(yīng)的控 制模式，系統(tǒng)可自動(dòng)記錄上次執(zhí)行的控制模式；控制模式選定后，算法控制單 元(8)根據(jù)系統(tǒng)配置模式計(jì)算并輸出合理的控制算法；控制策略單元(9)在 過程控制中依據(jù)算法控制單元(8)輸出的控制算法的實(shí)際執(zhí)行情況制定并輸出 控制策略；數(shù)據(jù)采集單元(IO)負(fù)責(zé)各種控制信息或數(shù)據(jù)的采集，采集后的數(shù)據(jù)送交算法控制單元、控制策略單元并把部分信息通過通用控制模塊(3)輸出
到計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)(1);電子電路控制邏輯(11)是通用控制模塊(3)的 硬件電路組成，其包含高性能16位單片機(jī)、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、系統(tǒng)總線、總線控 制邏輯和其他硬件芯片，完成硬件功能的實(shí)現(xiàn)。
參閱圖3所示，本發(fā)明所述的通用控制接口 (5)包含系統(tǒng)總線(6)、顯示 模塊U4)、輸入模塊(16)、多個(gè)多功能接口和相關(guān)控制電路，可通過系統(tǒng)總 線(6 )對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)功能模塊之間提供各類信息的相互傳遞通道， 并可連接多個(gè)功能模塊和外部檢測(cè)裝置。如圖所示，該接口通過系統(tǒng)總線(6) 連接USB模塊(12)使用戶可存儲(chǔ)或共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)；通過系統(tǒng)總線(6)連接加 熱模塊(13)可使通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)成為一臺(tái)普通PCR儀，若再通過系統(tǒng)總線
(6)連接熒光儀模塊(18)并配合終點(diǎn)定量試劑(20)可使通用基礎(chǔ)控制平臺(tái) 成為一臺(tái)終點(diǎn)定量PCR儀；通過系統(tǒng)總線(6)連接顯示模塊(14)可使通用基 礎(chǔ)控制平臺(tái)成為一臺(tái)PCR數(shù)據(jù)分析儀；通過系統(tǒng)總線(6)連接驅(qū)動(dòng)模塊(15)、 光路檢測(cè)模塊(19)并配合實(shí)時(shí)熒光定量試劑(21)可使通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)成 為一臺(tái)實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀；通過系統(tǒng)總線(6)連接輸入模塊(16)可使通用 基礎(chǔ)控制平臺(tái)具備輸入功能，用戶可通過輸入模塊(16)輸入指令和編寫程序； 通過系統(tǒng)總線(6)連接與其他設(shè)備接口模塊(17)可使通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)成為 滿足不同需求、不同場(chǎng)合的高可靠性和多功能的終端產(chǎn)品。
參閱圖4所示，本發(fā)明所述系統(tǒng)總線(6)包含數(shù)據(jù)線(22)、控制信號(hào)線
(23)、地址線(24)、電源線(25)和標(biāo)準(zhǔn)接口插排(26)。數(shù)據(jù)線(22 )由32-pi柔性扁平線纜組成，用于數(shù)據(jù)傳輸；控制信號(hào)線(23)由24-pin柔性扁平線纜 組成，用于信號(hào)或指令信息傳輸；地址線(24)由32-pin柔性扁平線纜組成， 用于模塊或設(shè)備地址信息傳輸；電源線(25)由多組電源線組成，提供的直流 電壓為+5V、 +12V、 -12V、 +24V、 -24V，用于模塊或設(shè)備的電力供應(yīng)；標(biāo)準(zhǔn)接口 插排(26)安裝多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，用于連接標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備。
本發(fā)明所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)是一個(gè)通用的控制系統(tǒng)平臺(tái)，在此平臺(tái)上連 接不同功能的硬件模塊，可成為滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合、不同功能的基因檢測(cè)控制 系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其包括一計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)、一自動(dòng)分析模塊、一通用控制模塊、一電源模塊和一通用控制接口，通過系統(tǒng)總線和通用控制接口將所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)部分連接成為一體；計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息傳遞、與系統(tǒng)通用控制模塊通訊、下達(dá)數(shù)據(jù)采集指令、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析；自動(dòng)分析模塊可實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)；通用控制模塊包含控制選擇單元、算法控制單元、控制策略單元、數(shù)據(jù)采集單元和電子電路控制邏輯，是所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的控制核心；通用控制接口可通過系統(tǒng)總線對(duì)通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)功能模塊之間提供各類信息的相互傳遞通道，并可連接多個(gè)功能模塊和外部檢測(cè)裝置。
2、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述通 用基礎(chǔ)控制平臺(tái)可直接形成一種普通PCR儀，也可以與其他相關(guān)硬件模塊接口 ， 形成不同類型的PCR ^f企測(cè)控制系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述電 源模塊可對(duì)所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)部分提供工作電源，其輸入為交流 220V,輸出直流電壓為+5V、 +12V、 -12V、 +24V、 -24V。
4、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述通 用控制接口包含系統(tǒng)總線、輸入模塊、顯示模塊、多功能接口和相關(guān)控制電路， 可通過所述系統(tǒng)總線對(duì)所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的各個(gè)功能模塊之間提供各類信 息的相互傳遞通道，并可連接多個(gè)功能模塊和外部檢測(cè)裝置。
5、 根據(jù)權(quán)力要求4所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述系 統(tǒng)總線包含數(shù)據(jù)線、控制信號(hào)線、地址線、電源線和標(biāo)準(zhǔn)接口插排。
6、 根據(jù)權(quán)力要求5所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述數(shù)據(jù)線由32-pin柔性扁平線纜組成，用于數(shù)據(jù)傳輸；所述控制信號(hào)線由24-pin柔 性扁平線纜組成，用于信號(hào)或指令信息傳輸；所述地址線由32-pin柔性扁平線 纜組成，用于模塊或設(shè)備地址信息傳輸；所述電源線由多組電源線組成，提供 的直流電壓為+5V、 +12V、 -12V、 +24V、 -24V，用于所述各個(gè)才莫塊或插件的電力 供應(yīng)；所述標(biāo)準(zhǔn)接口插排安裝多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，用于連接標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備。
7、 根據(jù)權(quán)力要求4所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述輸 入模塊使通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)具備輸入功能，用戶可通過所述輸入模塊輸入指令 和編寫程序。
8、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其特征是所述通 用控制模塊包含有16位單片機(jī)、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、系統(tǒng)總線、總線控制邏輯和其 他硬件芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PCR儀的通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)，其包括計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)、自動(dòng)分析模塊、通用控制模塊、電源模塊和通用控制接口。計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息傳遞、與系統(tǒng)通用控制模塊通訊、數(shù)據(jù)采集指令下達(dá)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析；通用控制模塊是按照標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可組態(tài)的設(shè)計(jì)理念而形成的控制模塊，是所述通用基礎(chǔ)控制平臺(tái)的控制核心；所述平臺(tái)通過系統(tǒng)總線和通用控制接口將平臺(tái)的各個(gè)部分連接成為一體，可直接形成一種普通PCR儀，也可以和其他相關(guān)硬件模塊接口形成不同類型的PCR檢測(cè)控制系統(tǒng)；在此平臺(tái)上連接不同功能的硬件模塊，可成為滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合、不同功能的基因檢測(cè)控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C12M1/40GK101539778SQ200910140528
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者王金鶴 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)