一種病理組織烤片機的研制

方明剛，鞏林芳

青島市黃島區中醫醫院 器械科，山東青島 266500

一種病理組織烤片機的研制

方明剛，鞏林芳

青島市黃島區中醫醫院 器械科，山東青島 266500

本文介紹一種自制病理組烤片機，該烤片機的設計方案包括溫控系統和烤片操作臺。溫控系統采用C52單片機作為主控器，自行開發系統控制軟件，實現了烤片機的溫度控制智能化；烤片操作臺是對傳統的烤片操作臺進行了改革，在臺上設有固定凹槽，克服了傳統烤片機操作臺平滑，載玻片放在上面不便拿取的缺點。

病理組織烤片機；烤片操作臺；固定凹槽；病理組織切片

目前，病理醫師在制片時，需要將組織切片放在烤片機上，使組織與載玻片牢牢的粘合在一起。現有的烤片機操作臺平滑，載玻片放在上面不便于拿取，給病理醫師增加了極大的工作難度。本文研制的這款烤片機，溫控準確，操作簡單，制片時烘烤充分且時間短；拿取方便，可以減輕病理醫師工作難度。

1 烤片機主要配置、性能及技術參數

（1）不銹鋼箱體，超薄設計，厚度33cm。觸摸按鍵，全中文顯示，操作簡單，方便清潔，美觀耐用。

（2） CS52芯片控制系統，性能穩定，控溫準確。

（3）加熱材料采用陶瓷發熱片，恒溫加熱方式，壽命長，溫度穩定。

（4）操作臺凹槽設計，制片時拿取方便，節約時間。

溫控范圍：室溫～99℃，任意設置，誤差<±0.5℃。

2 烤片機組成結構設計

2.1 溫控系統設計

利用單片機實現溫度恒定的控制，系統主要包括溫度采集、實時溫度顯示、加熱控制參數設置、加熱電路控制輸出、報警裝置和系統核心STC89C52單片機作為微處理器。溫度采集電路以數字形式將操作臺溫度傳至單片機，單片機結合操作臺溫度與用戶設定的目標溫度，按照已經編程固化的模糊控制算法計算出實時控制量，以此控制量控制場效應管開通和關斷，決定加熱電路的工作狀態，使溫度逐步穩定于用戶設定的目標值。在溫度達到設定的目標溫度后，冷卻溫度降低，單片機通過檢測到的溫度與設置的目標溫度比較，作出相應的控制開啟加熱片。

溫度采集部分采用單線智能溫度傳感器（DS18B20）測溫，它不需要A/D轉換，可以直接測量出數字式的溫度值送入主控制器。采集溫度時對DS18B20進行初始化，然后執行ROM操作命令，再執行暫存器操作命令，最后完成數據處理。通過鍵盤向CPU輸入用戶設定的報警溫度上限值和下限值，完成溫度轉換之后，DS18B20就把測得的溫度值同上、下限值比較，如果超出所設定的范圍，將該器件的報警標志位置位，并對CPU發出的報警搜索命令做出響應。該傳感器使用同步串行總線接口技術，串行通信是將數據字節分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送，數據接收設備將接收到的串行形式數據轉換成并行形式進行存儲和處理。同步通信時要建立發送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方達到完全同步。通過主控制器的定時器建立一個30μs的同步脈沖實現與溫度檢測回路的通信。CPU經過單線接口訪問DS18B20，CPU對ROM操作完畢，即發出控制操作命令，使DS18B20完成溫度測量并將結果存入高速暫存器中，然后讀出該結果。由繼電器及其外部電路如D/A轉換等實現對溫度的控制功能。

由于DAC0832輸出的電壓范圍是-5～0V，不能直接加在固態繼電器上。固態繼電器的線性工作范圍是1～1.7V，所以在DAC0832輸出端加上反相器使電壓范圍變成0～5V再加上合適的電阻，使輸出電壓范圍縮小到1～1.7V，以便使固態繼電器的工作在線性范圍內，再將固態繼電器與加熱片連接，通過固態繼電器的通導來對烤片機進行溫度控制。溫度控制電路，見圖1。

圖1 溫度控制電路

2.2 DS18B20的選擇及主要特性

DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式。溫度測量范圍為-55～+125℃，可編程為9～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數字方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生；多個DS18B20可以并聯到3根或2根線上，CPU只需1根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。DS18B20內部結構，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列，見圖2。DQ為數字信號輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現1根總線上掛接多個DS1DS18B20。

DS18B20的主要特性：

（1）適應電壓范圍更寬：電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電 ，適合于本溫控系統。

（2）獨特的單線接口方式：DS18B20在與微處理器連接時僅需要1條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊 ，電路設計簡單。

（3） DS18B20支持多點組網功能：多個DS18B20可以并聯在唯一的3線上，實現組網多點測溫 ，可以預留多個操作臺控溫需要。

（4） DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內，便于安裝維修。

（5）溫控范圍：-55～125℃，在-10～85℃時精度為±0.5℃ ，烤片機所需溫度為60℃左右，在傳感器線性范圍內，滿足烤片機溫控需要。

（6）可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫 ，可進一步提高烤片機控溫精度。在9位分辨率時，最多在 93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快，防止烤片機溫度變化太快，影響烤片效果。

（7）測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一 線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。

（8）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發熱而燒毀，但不能正常工作，可以防止因誤操作損壞重要元器件。

2.3 加熱器的選擇及特點

高溫共燒陶瓷發熱片（MCH）是直接在AL2O3陶瓷生坯上印刷電阻漿料后，在1600℃左右的高溫下共燒，然后再經電極、引線處理后，所生產的新一代中低溫發熱元件。其是繼合金電熱絲，PTC加熱元件之后的又一個換代新品，被廣泛用于日常生活、工農業技術、通訊、醫療、環保、等需要中低溫加熱的眾多領域。其優點： ① 結構簡單，升溫迅速、溫度補償快，加熱溫度高，可達500℃以上；② 節能，功率密度大、熱效率高、加熱均勻； ③ 無明火、使用安全；④ 壽命長，功率衰減少；⑤ 發熱體與空氣絕緣，元件耐酸堿及其他腐蝕性物質。

2.4 主要性能

2.4.1 電性能

絕緣電阻：R≥5×108Ω[500VDC] 。

額定施加電壓：220VAC/110VAC。

電阻：R（1+10%）或根據用戶合同要求。

綜上所述，采用等體積浸漬、二乙醇胺輔助負載及低溫空氣氣氛下活化制備得到的活性炭基脫氯劑具備更優的微量氯脫除性能，特別適合于丙烯氣流中深度脫氯。

老化測試：施加110%的額定電壓，串聯1個二極管，通斷3min為1個循環。共2個循環無異常。

電壓提升測試：分別加130VAC、250VAC電壓，串聯1個二極管，發熱片在每個電壓下通電10s 內無異常（適用于230VAC的發熱片）。

熱測試：在正常電壓下，電熱基板發熱均勻，無異常。2.4.2 物理性能

體密度≥3.6g/cm3。

抗彎強度≥260MPa。

引線拉力：軸線方向f≥5kg，與軸線夾角45°方向f≥3kg。

溫度性能：工作溫度100～230℃，最高溫度可達500～700℃。

升溫效率：30s內可達工作溫度。

可靠性： 裝機后開30min，關30min為一個循環，循環1000次后測試無異常。

外觀：外觀無機械損傷毛刺、裂紋、銹蝕、污染，其翹曲度≤0.005mm。

3 軟件設計

3.1 溫度控制程序所要完成的任務

芯片8031、8155的初始化以及分配內存及設置定時器參數；溫度采樣；數字濾波，進行轉換計算。顯示溫度及輸入控制，判斷溫度是否在規定范圍內，若超限，報警并處理。

3.2 主程序

溫度控制系統的主程序，見圖2。

4 烤片操作臺

病理醫師在制片時，需要將組織切片放在烤片機上，使組織與載玻片牢牢粘合在一起，現在的烤片機操作臺平滑，載玻片放在上面不便于拿取，給病理醫師增加了工作難度。本專利的特征是在烤片機操作臺上固定設有凹槽，病理醫師在制片時拿取方便，減輕了病理醫師的工作難度。

烤片機操作臺選用6061型鋁合金，與其金屬材料相比，具有以下一些特點：密度小、強度高、導熱性好、耐蝕性好、易加工。

5 小結

本病理組織烤片機實驗機型，經3家病理實驗室，6個月，13名病理醫師試用，得出如下結論：本機性能穩定、溫控精確、溫度波動小、烤片時間短、拿取方便，整機、外觀優化后，可以推廣使用。

圖 2 溫度控制系統主程序圖

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A Pathological Tissue Machine for Baking Sheet

FANG Ming-gang, GONG Lin-fang
Equipment Department, Huangdao Hospital of Traditional Chinese Medicine in Qingdao, Qingdao Shandong 266500, China

This paper introduced a kind of pathological tissue roast machine. The production design solutions include machine temperature control system and baking operation table. The temperature control system uses C52 single chip microcomputer as a main controller of the intelligent temperature control system. The baking operation platform is f xedly provided with a groove, pathologists in production get convenient pathological tissue roast machine, reduce the pathologist the diff culty of the work.

pathological tissue roast machine; operation table; f xed groove; pathological tissue slice

TH776+.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.04.004

1674-1633(2012)04-0016-03

2011-10-01

專利：實用新型專利（20092029860.X）。

作者郵箱：fangminggang6@qq.com