1 引言

医疗检验是现代医学研究中必不可少的一个环节，而生化分析仪是医疗检验中所必须的仪器之一。由于大型全自动仪器的价格动辄几十万以上，以往这些仪器只出现在大型医疗机构中。随着生活水平的提高，人们对自己身体状况的关注程度越来越高，小型生化分析仪越来越越来越受到人们的重视。用小型生化分析仪代替传统的大型生化分析仪，在体积、重量、试剂和样品用量、制造成本等方面大大降低，是病人可以自己在家里独自进行生化检验。

2 自动分析仪的结构组成和工作原理

全自动分析仪可以分为软件部分和步进控制部分，通过使用嵌入式开发的软件来控制步进控制模块来实现取液和移液的功能。步进控制模块可以分为中央控制器、步进电机驱动和步进电机三部分。大型全自动分析仪和小型全自动分析仪的主要区别就在于后者可以在小空间的条件下实现自动进样控制，且同时具备大型全自动分析仪的快速移动和精确定位的功能。

2.1 步进控制部分结构

步进控制部分主要控制的整个自动化分析仪的取样和移液过程，一般要求具有旋转和竖直运动这两个方向的自由度，并可以实现这两个方向的定位功能。而这个模块的设计方案决定了小型全自动分析仪的小型化程度。

取样模块的目前常用实现方式为用柱塞式空气置换原理来抽取样品，动力由固定轴式直线步进电机提供。取样模块结构方案如图2-1所示。

移液模块是实现自动化操作的主要部分，由于此模块需要实现两个自由度的运动，一般都需要两个步进电机驱动。该系统需要再周向位置进行定位，所以需要在旋转底座的下面安装刻有分度齿的码盘，系统工作时，光点传感器实时检测在码盘刻好的分度齿，当转到需要定位的定位点时，反馈信号让步进驱动器停止发送脉冲信号。移液模块的目前常用简体方案如图2-3所示。

通过以上对进样系统的取样和移液模块分析可以了解到这一部分需要的硬件如下：

1、中央控制器：为电机发送脉冲的控制器；

2、步进电机驱动器：三个步进电机驱动器，要求满足中低速低噪声、编码器功能和限位停止功能等；

3、电机：三个两相步进电机；

  以上硬件要求也基本符合当前市场的一个定位，但是这种传统控制模式相对而言构成的模块较多，除了需要驱动器和PLC，还必须准备为电动机发送脉冲的控制器。且驱动器一般对于中低速的噪声处理不是特别突出，这就会造成客户在使用设备的时候会有较大噪声，影响客户体验。

3 优化方案

通过对当前步进控制器这一行业进行搜索及对比，选出了一款可实现低噪声、编码器功能和限位停止功能的多轴控制器——PMC005，来对传统自动化分析仪的步进驱动模块进行替换。

该型号控制器的功能特点如下：

1、最大五轴步进电机并行控制，或四轴步进电机+两轴直流有刷控制；

2、支持0/2/4/8/16/32细分精度

3、可选支持2个电磁阀控制（带自动节能）

4、支持2轴步进电机闭环控制

    通过以上特点可以知道，一个PMC005就可以直接替代传统方案中的“中央控制器+多个步进电机驱动器”模式。因此根据PMC005的功能特性，对传统步进控制模块的结构方案进行了一个优化设计，具体控制方案如图3-1所示。

在软件方面，PMC005支持RS485组网通信和MicroUSB连接，协议为基于字符串的DT通信协议，客户可直接按照PMC005的控制指令格式进行函数封装及编程，实现通过软件控制电机运行。

4 总结

     综上可以看出，相比传统步进控制模式，使用PMD005的新型控制模式减去了驱动器和单独的发送脉冲的控制器，只需要一个发送指令的PLC、一个PMC005和三个电机就可以实现整个进样系统的功能，为客户节省购买和安装控制器（脉冲模组）、驱动器的成本，从而让小型全自动生化分析仪的自动进样系统实现小型化。