1 引言

醫療檢驗是現代醫學研究中必不可少的一個環節，而生化分析儀是醫療檢驗中所必須的儀器之一。由于大型全自動儀器的價格動輒幾十萬以上，以往這些儀器只出現在大型醫療機構中。隨著生活水平的提高，人們對自己身體狀況的關注程度越來越高，小型生化分析儀越來越越來越受到人們的重視。用小型生化分析儀代替傳統的大型生化分析儀，在體積、重量、試劑和樣品用量、制造成本等方面大大降低，是病人可以自己在家里獨自進行生化檢驗。

2 自動分析儀的結構組成和工作原理

全自動分析儀可以分為軟件部分和步進控制部分，通過使用嵌入式開發的軟件來控制步進控制模塊來實現取液和移液的功能。步進控制模塊可以分為中央控制器、步進電機驅動和步進電機三部分。大型全自動分析儀和小型全自動分析儀的主要區別就在于后者可以在小空間的條件下實現自動進樣控制，且同時具備大型全自動分析儀的快速移動和精確定位的功能。

2.1 步進控制部分結構

步進控制部分主要控制的整個自動化分析儀的取樣和移液過程，一般要求具有旋轉和豎直運動這兩個方向的自由度，并可以實現這兩個方向的定位功能。而這個模塊的設計方案決定了小型全自動分析儀的小型化程度。

取樣模塊的目前常用實現方式為用柱塞式空氣置換原理來抽取樣品，動力由固定軸式直線步進電機提供。取樣模塊結構方案如圖2-1所示。

移液模塊是實現自動化操作的主要部分，由于此模塊需要實現兩個自由度的運動，一般都需要兩個步進電機驅動。該系統需要再周向位置進行定位，所以需要在旋轉底座的下面安裝刻有分度齒的碼盤，系統工作時，光點傳感器實時檢測在碼盤刻好的分度齒，當轉到需要定位的定位點時，反饋信號讓步進驅動器停止發送脈沖信號。移液模塊的目前常用簡體方案如圖2-3所示。

通過以上對進樣系統的取樣和移液模塊分析可以了解到這一部分需要的硬件如下：

1、中央控制器：為電機發送脈沖的控制器；

2、步進電機驅動器：三個步進電機驅動器，要求滿足中低速低噪聲、編碼器功能和限位停止功能等；

3、電機：三個兩相步進電機；

  以上硬件要求也基本符合當前市場的一個定位，但是這種傳統控制模式相對而言構成的模塊較多，除了需要驅動器和PLC，還必須準備為電動機發送脈沖的控制器。且驅動器一般對于中低速的噪聲處理不是特別突出，這就會造成客戶在使用設備的時候會有較大噪聲，影響客戶體驗。

3 優化方案

通過對當前步進控制器這一行業進行搜索及對比，選出了一款可實現低噪聲、編碼器功能和限位停止功能的多軸控制器——PMC005，來對傳統自動化分析儀的步進驅動模塊進行替換。

該型號控制器的功能特點如下：

1、最大五軸步進電機并行控制，或四軸步進電機+兩軸直流有刷控制；

2、支持0/2/4/8/16/32細分精度

3、可選支持2個電磁閥控制（帶自動節能）

4、支持2軸步進電機閉環控制

    通過以上特點可以知道，一個PMC005就可以直接替代傳統方案中的“中央控制器+多個步進電機驅動器”模式。因此根據PMC005的功能特性，對傳統步進控制模塊的結構方案進行了一個優化設計，具體控制方案如圖3-1所示。

在軟件方面，PMC005支持RS485組網通信和MicroUSB連接，協議為基于字符串的DT通信協議，客戶可直接按照PMC005的控制指令格式進行函數封裝及編程，實現通過軟件控制電機運行。

4 總結

     綜上可以看出，相比傳統步進控制模式，使用PMD005的新型控制模式減去了驅動器和單獨的發送脈沖的控制器，只需要一個發送指令的PLC、一個PMC005和三個電機就可以實現整個進樣系統的功能，為客戶節省購買和安裝控制器（脈沖模組）、驅動器的成本，從而讓小型全自動生化分析儀的自動進樣系統實現小型化。