一种病理组织漂片机的设计

刘正文，方明刚，巩林芳

1.胶州市人民医院，设备科，山东 青岛 266300；2.青岛黄岛区中医院 a.器械科；b.病理科；，山东 青岛 266500

病理医师在漂片时，经常因为水温不合适导致漂片失败，所以温度的稳定对漂片机极为重要。我们利用MSP430单片机、LM35温度传感器和铸件加温器设计了一种病理组织漂片机，使其水温控制更加稳定可靠，温度变化控制在0.5 ℃以内，并在水槽内加装照明设施，使漂片工作更加简便。

1 漂片机温控系统设计

基于MSP430单片机和LM35温度传感器对漂片机温控系统进行设计，使之具备体积小、功耗低、稳定性高、成本低等特点。

1.1 漂片机温控系统方案设计

温控电路由传感器电路、信号调整电路、单片机[1-3]系统、输出控制电路、温度调节电路构成。温控系统设计原理框图，见图1。

电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调整电路，信号经过调整频率信号后输入给单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断温度调节电路是否投入工作。设计时以设定温度为判别依据：当温度量值低于设定温度0.5 ℃时，温度调节电路进行加温通；当温度量值高于设定温度0.5 ℃时，电路停止工作。

1.2 温度传感器电路设计

LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压与摄氏温度成正比，因此，LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器优越的多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便。灵敏度为10.0 mV/℃，精度在0.4～0.8℃(-55～+150℃的范围内),重复性好，低输出阻抗，线性输出和内部精密校准使其与读出或控制电路接口简单、方便，可单电源和正负电源工作。传感器电路图，见图2。

这种电路可以与单片机接口，较A/D变换电路简单。温度传感器[4]的输出电压入V/F变换器LM131的7脚，使温度在0～+100℃的变化范围内输出相应的频率20～1000 Hz。需要在50℃时调整5K电位器，使得该温度时输出频率为500 Hz。

图1 温控系统原理框图

图2 传感器电路图

2 漂片机电源模块设计

MSP430型单片机[5-7]是低功耗的单片机，采用3 V供电，要用专用的电源模块来对其进行供电，故系统单片机的供电模块采用德州仪器公司生产的TPS76301。这个电源模块是表面贴片式的，输出电压连续可调，可以输出1.6～5.0 V的电压，只有5个管脚，可以提供150 mA的电流。电源模块电路图，见图3。

其中，电阻R1和R2上的电流必须是7 μA左右，R1选用187 kΩ，R2选择169 kΩ

图3 电源模块电路图

3 漂片机液晶模块设计

LCD用于实时显示系统测量值，根据要求系统选用了MG-12232液晶模块，该模块供电电压设计为3 V的低功耗环境，驱动芯片采用SED15 20F9A，具体连接电路，见图4。MSP430单片机通过P5口与MG-12232的数据总线进行连接。

图4 液晶模块电路图

4 单片机系统设计

MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）公司生产16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）[8]。

用MSP430作为主控制器。由于其具有低电压、超低功耗、数据处理能力强大、片内外资源丰富的特点，而且有16个中断源，可以嵌套使用，通过中断将CPU从低功耗模式下唤醒，所以可以编写出实时性很高的程序且实现系统低功耗的要求。

5 系统软件设计

本系统的软件设计使用的是适用于MSP430系列的C语言，这种C语言与标准C语言兼容程度很高。开发平台使用的是IAR公司专为MSP430系列提供的集成调试环境Embedded Workbench和C语言调试器C-SPY，运用模块化程序设计思路，进行温控系统的程序开发。系统软件流程框图，见图5。程序主要由主模块、初始化模块、AD数据采样处理模块、LCD模块操作、温控电路调节模块等部分构成。

图5 系统软件流程框图

6 加热器的选择

加热器采用铸铝加热器，铸铝加热器是以管状电热元件为发热体，并弯曲成型，进入模具用优质金属合金材料为外壳以离心式浇铸成各种形状，有圆型、平板、直角型、风冷、水冷及其他异型等。经精加工后它能和被加热体紧密贴合，铸铝加热器表面负荷可达到2.5-4.5 w/cm2，最高工作温度300～450 ℃；金属铸造加热器是一种高效热分部均匀的加热器，热导性极佳的金属合金，确保热面温度均匀，消除了设备的热点及冷点。具有长寿命、保温性能好、机械性能强、耐腐蚀、抗磁场等优点。将外散热面增加保温装置，内散热面烧结红外线这样可节约用电35%。将加热器与水槽底部紧密连接，保证了良好的热传递，通过接插件与控制电路连接，保证了水槽的相对独立。

7 照明系统设计

照明系统选择贴片式白光LED 日光灯。水槽底部侧面主颜色是黑色，前后两侧开孔，安装LED照明灯管，使整个水槽黑白对比分明，切片易于观察，便于漂片操作。

8 设计好的漂片机主要性能

（1）电脑自动控温：定时开/关机，恒温控制，温度达到设定值时有提示音。

（2）加热方式：浇铸热板取代了传统的电阻丝加热，无明火、持久耐用、热效高、节省能源、安全可靠。检测温度低于设定温度2 ℃时，加热功率增大2倍，这样即可以保证升温快，有可以保证温度恒定。

（3）双重温度保护：在单片机温控系统的基础上增加温控开关，保证设备安全，使本机工作起来更无后顾之忧。

（4）机内照明：本机最具特点是机内设有LED日光管照明，黑白反差明显，伸展后的组织切片在水中平整度、组织的完整性一目了然，使漂片工作特别方便快捷。

（5）水槽独立：漂片机水槽为进口贴膜玻璃器皿与整体机身各是独立存在的。漂片机水槽中的水可以根据工作需要随时倾倒，清洁水槽，不必搬动主机。

9 结语

由MSP430单片机、LM35温度传感器和铸件加温器等原件构成的病理组织漂片机，经过反复测试，工作稳定可靠，具有体积小、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。且该漂片机成本低廉，器件均为常规元件，具有很高的利用价值。

[1]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

[2]李平,杜涛,王靖,等.单片机入门与开发[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]李建中.单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2010.

[4]王春晖.环境试验箱中制冷系统的原理分析及优化概述[J].电子质量,2003,(12):38-39.

[5]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[6]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[7]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[8]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.