一種pcr儀的無線監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控方法，尤其是涉及一種PCR儀的無線監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生命科學儀器的發(fā)展為生命科學提供了有效工具和強有力的研究手段。使其從細胞水平上的研究飛躍發(fā)展到分子層次上的深入研究。離開這些現(xiàn)代化生命科學儀器的支撐，許多重大的研究項目和工程都將舉步維艱。PCR儀器是一種應(yīng)用廣泛、十分重要的生命科學儀器。聚合酶鏈式反應(yīng)(polymerase chain react1n,PCR)是一種體外快速擴增特異性DNA片段的酶學方法，其PCR反應(yīng)的基本過程分為三步。第一步，DNA變性(94°C )，雙鏈DNA模板在熱作用下氫鍵斷裂，形成單鏈DNA ;第二步，退火(55°C )，系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部雙鏈；第三步，延伸(72°C)，在Taq酶的作用下，以dNTP為原料從引物的5端到3端延伸，合成與模板互補的DNA鏈。PCR儀就是通過控制樣品達到不同溫度，對被擴增的DNA片段進行變性、退火和聚合處理，以達到將DNA片段的量成倍擴增的目的。因此，溫度控制的精度，尤其是各個溫度值的時間控制，直接影響DNA片段擴增的效率。
[0003]現(xiàn)有PCR儀的監(jiān)控方法通常都只對樣品基座底部進行溫度采樣和控制，沒有考慮樣品基座的側(cè)壁與外圍空氣的對流換熱對基座溫度均勻性的影響，從而達不到較高的控溫精度，影響了 DNA片段擴增的效率。另一方面，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的人機交互界面主要通過機械按鈕輸入，IXD顯示輸出信息來實現(xiàn)人機交互。這就意味著PCR儀運行時，工作人員必須在儀器旁邊，而一個PCR的運行時間為2?4小時。因此難以實現(xiàn)實時監(jiān)控，且增加了勞動強度，降低了工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，能夠?qū)CR儀的運行程序進行無線遠程設(shè)定和對PCR儀的溫控系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，建立無線通信連接:布設(shè)在PCR儀工作現(xiàn)場的溫度控制系統(tǒng)與布設(shè)在遠程監(jiān)控中心的監(jiān)控中心上位機通過無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)建立通信連接；所述溫度控制系統(tǒng)和監(jiān)控中心上位機均連接有WIFI無線網(wǎng)卡；所述溫度控制系統(tǒng)包括主控芯片、EPROM存儲器、LCD顯示器、信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一溫控電路、第二溫控電路、加熱電路、由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽，以及設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接，所述信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和主控芯片依次相接，所述第一溫控電路分別與主控芯片和所述底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和所述側(cè)壁相接，所述加熱電路分別與主控芯片和熱蓋相接，所述EPROM存儲器和IXD顯示器均與主控芯片相接；
[0007]步驟二，參數(shù)采集命令發(fā)送與接收:監(jiān)控中心上位機通過WIFI無線網(wǎng)卡經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)向主控芯片發(fā)送參數(shù)采集命令，其溫度采樣頻率設(shè)置為50HZ ;主控芯片接收到所述參數(shù)采集命令后，通知所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器按照所述采樣頻率進行溫度信號采集；
[0008]步驟三，溫度信號采集與處理:第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應(yīng)槽溫度進行實時檢測；第二溫度傳感器對靠近側(cè)壁的反應(yīng)槽溫度進行實時檢測；第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進行實時檢測；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器將檢測到的溫度信號分別經(jīng)信號隔離電路傳輸給放大濾波電路；放大濾波電路對所述溫度信號進行放大和濾波處理，然后傳輸給A/D轉(zhuǎn)換電路;A/D轉(zhuǎn)換電路將所述溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后傳輸給主控芯片；
[0009]步驟四，PID參數(shù)計算:主控芯片一方面將溫度數(shù)據(jù)存儲在與其相接的EPROM存儲器中，另一方面與監(jiān)控中心上位機進行信息交互，將所述溫度數(shù)據(jù)通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心上位機；監(jiān)控中心上位機將接收到的溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值進行比較，得出溫度偏差值，然后采用遺傳算法根據(jù)溫度偏差值和偏差的變化率計算出比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)等PID參數(shù)，并向主控芯片發(fā)出溫度控制命令；
[0010]步驟五，控制命令接收，溫度實時調(diào)節(jié):主控芯片接收到所述溫度控制命令后，根據(jù)所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)和溫度偏差值對PCR儀的溫度進行調(diào)節(jié)，包括以下方式:
[0011]采用第一溫控電路對底座的溫度進行調(diào)節(jié)；
[0012]采用第二溫控電路對側(cè)壁的溫度進行調(diào)節(jié)；
[0013]采用加熱電路將熱蓋加熱到設(shè)定溫度；
[0014]步驟六，數(shù)據(jù)顯示及溫度超限報警:主控芯片根據(jù)檢測到的溫度信號和PCR儀的運行工況，通過內(nèi)部集成的圖形生成軟件得出溫度控制曲線，并在LCD顯示器上實時顯示出來以供參考；同時監(jiān)控中心上位機對溫度數(shù)據(jù)做出實時判斷，若超出設(shè)定范圍，則驅(qū)動與其相接的報警裝置發(fā)出報警信號，并向工作人員的WIFI手機發(fā)出故障通知短信；所述WIFI手機與監(jiān)控中心上位機無線連接。
[0015]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述主控芯片為ARM微處理器。
[0016]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器均為鉬熱電阻PT1000。
[0017]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述遺傳算法計算所述PID參數(shù)時采用的是實數(shù)編碼方式。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:步驟簡單，靈活方便；控制實時性能好，監(jiān)控界面生動準確；能夠同時對樣品基座的底座和側(cè)壁的溫度進行無線遠程監(jiān)控，保證了樣品基座溫度分布的均勻性，使樣品基座的每個反應(yīng)槽的溫度以及溫度保持的時間控制精確，有效解決了現(xiàn)有監(jiān)控方法精度不高、DNA片段擴增的效率低、工人勞動強度大、工作效率低等問題。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0022]步驟一，建立無線通信連接:布設(shè)在PCR儀工作現(xiàn)場的溫度控制系統(tǒng)與布設(shè)在遠程監(jiān)控中心的監(jiān)控中心上位機通過無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)建立通信連接；所述溫度控制系統(tǒng)和監(jiān)控中心上位機均連接有WIFI無線網(wǎng)卡；所述溫度控制系統(tǒng)包括主控芯片、EPROM存儲器、LCD顯示器、信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一溫控電路、第二溫控電路、加熱電路、由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽，以及設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接，所述信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和主控芯片依次相接，所述第一溫控電路分別與主控芯片和所述底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和所述側(cè)壁相接，所述加熱電路分別與主控芯片和熱蓋相接，所