崩解仪电子控制系统的设计与研究

摘 要：崩解仪是用于检测固体制剂崩解时间及相关检测参数的智能化检测仪器，它也是药厂常用的设备，本文作者介绍了一种崩解仪电子控制系统，其设计参数全面，测量精密度高，具备一定的自动化水平，具有一定的实际推广价值。

关键词：崩解仪；控制系统；设计

1 概述

崩解是指药物制剂在吸收前的物理溶解过程，作为在制药企业中常用的崩解仪其主要功能是提供一个与人体胃器官相类似的试验环境，以准确地测定出制剂的崩解时限。在使用过程中，涉及时间、温度、频率和运动的测量。对于崩解仪计量性能的评价要能保证仪器满足使用需要，但又要避免不务实的计量准确度要求，崩解仪电子控制系统的设计要求也越来越高。

2 崩解仪电子控制系统的设计

图1为崩解仪电子控制系统，其主要由测温模块、电机控制模块、运动臂位置检测模块、单片机控制器、键盘显示器、报警模块组成，测温模块、电机控制模块、运动臂位置检测模块、键盘显示器、报警模块分别与单片机控制器连接，具体工作原理为：单片机控制器根据用户的要求设定的测温模块，控制加热器产生恒温环境，当用户通过键盘启动崩解测试时，电机控制模块启动，带动运动臂在竖直方向上做往返运动，用于模拟人体胃部的蠕动，对制剂进行分解，当测试进行到用户设定的崩解时限时，运动臂位置检测模块检测运动臂的位置，当达到设定位置后，停止步进电机，蜂鸣器报警，指示崩解过程完成.对制剂的溶解度进行测定。

3 单片机控制器

本文研究设计的控制系统是基于AVR单片机的崩解仪电子控制系统，是以型号为ATmega128的AVR单片机为核心部件所开发的嵌入式控制系统。AVR单片机是由美国ATMEL公司推出的增强型内置Flash的RISC高速8位单片机，数据存储器为8位，但是指令长度单元为16位（即数据存储器宽度16位），采用了大型快速存取寄存器组、快速单周期指令系统以及单级流水线等先进技术，使得具有高达1MIPS/MHz高速运行处理能力。其含有两个具有独立的预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器和两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器。AVR单片机目前己被广泛应用于仪表仪器设各、计算机外围设备、移动通信设备、工业控制和家用电器等众多领域。

4 测温模块

测温模块由图2所示，其主要由恒流源51、精密参考电阻52、仪表放大器53、A/D转换器54、单片机控制器2组成；其中：恒流源51输出端一方面与仪表放大器53的同相输入端电连接，恒流源51输出端另一方面与NTC热敏电阻1输入端电连接，NTC热敏电阻1输出端与仪表放大器53的反相输入端电连接，NTC热敏电阻1输出端通过精密参考电阻52与地连接，NTC热敏电阻1输出端与A/D转换器54的基准电压输入端电连接，仪表放大器53的输出端与A/D转换器54的输入端电连接，A/D转换器54的输出端与单片机控制器2的输入端电连接。

NTC热敏电阻为RT，精密参考电阻为R，恒流源产生的电流为I，仪表放大器的放大倍数为AV，测温模块5的电路计算过程为：

NTC热敏电阻的输出电压ΔV为：ΔV=I*RT

经仪表放大器放大输出V0为：V0=I*RT*AV

取样电阻输出电压VREF为：VREF=I*R

A/D转换器输出数字量Code公式为：

Code= 2N×RT×AV / R

可见A/D转换器输出数字量Code仅与NTC热敏电阻、精密参考电阻、仪表放大器的放大倍数有关。采用了恒流源51和精密参考电阻52为A/D转换器54提供参考电压VREF，与所测NTC热敏电阻1电压构成的测温模块5，消除了由于恒流源51漂移给系统带来的误差，同时该模块选用了精密参考电阻52作为精密参考电阻，使整个系统的测量精度主要取决于A/D转换器54的分辨率，由于该系统采用了高精度24位 A/D 转换器，使整个系统达到了高精度测温的要求。

NTC热敏电阻1为美国福禄克公司生产的1521系列热敏电阻，1521系列热敏电阻的测量精度为±0.001℃，年稳定性优于0.001℃。仪表放大器53采用了AD公司生产的集成仪表放大器AD 623作为该系统的放大器，它具有优良的共模抑制比，并且具有低功耗、宽电源范围，它可取代分立器件构成的仪表放大器，具有线性度优良、温度稳定性高和体积小、可靠性高等优点。NTC热敏电阻1和仪表放大器53为温度校准装置的测量精度提供了可靠的保证。

5 电机控制模块

电机控制模块的基本原理为：高速光耦TCPL-4504 的隔离送入后续驱动电路；选用L298芯片构成的双H桥式电路驱动步进电机的两相绕组，实现细分控制；选用某型号步进电机，其位移分辨率为0.0127mm/步，步距角为1.8°，为进一步确保精确定位的要求。

6 运动臂位置检测模块

运动臂位置检测模块是保证运动臂停止在确切位置的关键，运动臂位置的检测是保证运动臂停止在确切位置的关键。常用的运动臂位置检测方法有：使用接近开关或光电开关等方法，由于崩解仪在测试过程中，运动臂会在竖直方向上做往返运动，使用接近开关会快速损耗其工作寿命，因此系统采用光电开关对运动臂进行检测。

运动臂未经过光电开关时，电路输出低电平信号，当运动臂正好经过光电开关时输出高电平，使用单片机的外部中断可有效记录运动臂的经过.因此将光电开关放置在希望运动臂停留的位置附近。

7 展望

本文介绍的崩解仪电子控制系统的设计只介绍了硬件电路的设计思路，由于篇幅有限，未介绍软件设计部分，在软件设计中应考虑多个方面的问题，以便于崩解仪的电子控制系统更加完备，生产出的产品更加稳定可靠，为医药企业提供重要的技术保障。

参考文献：

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[2] 刘亚杰，李强，邢磊. 升降式崩解仪校准方法探讨[J]. 中国计量.2016.

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[4] 李晓峰. 单片机原理与应用[M]. 北京：北京理工大学出版社.2010.

[5]沈建良，赵文宏，贾玉坤. 单片机入门与提高[M].北京：北京航空航天大学出版社.2009.

作者简介：

吴莹，男，1981年8月生，高级技师/工程师，浙江华义检测有限公司，主要从事计量检测、管理，电气自动化控制的研究。