離心機是將樣品進行分離的儀器，廣泛應用干生物醫學、石油化工、農業、食品衛生等領域，它利用不同物質在離心力場中沉淀速度的差異，實現樣品的分析分離。白1836年*臺工業用三足式離心機在德國問世以來．離心機已得到很大發展l1-31。離心機種類繁多，各有特色，正在向提高技術參數、系列化、自動化方向發展，品種越來越多 】。本項目所研制的醫用低溫冷凍離心機．主要用于在低溫或室溫環境中將溶液中的溶質與溶劑分離。雖然生產廠家較多，但因為低溫冷凍離心機在各級醫院為常用儀器，市場需求量很大，因此具有很好的應用前景。

     在本文介紹了一種采用計算機控制的立式醫用低溫冷凍離心機系統的研制。它集顯示、交流變頻調節、自動化和自我保護等功能于一體。在儀器運行過程中，通過控制變頻器和壓縮機，對電動機的轉速和溫度進行自動調節。系統分離效果好，振動小、噪聲低，適用于在低溫或室溫環境中將溶液中的溶質與溶劑分離。

2 系統工作原理

系統的結構框圖如圖1所示。本系統采用MCS一51單片機系列的89C52， 外擴程序存儲器27C256和數據存儲器62C64組成控制核心，對樣機的顯示、鍵盤輸人、數模轉換、壓縮機的工作狀態、電動機的工作狀態等功能實現控制。低溫離心機箱內的溫度傳感器將溶液的溫度經過模／數轉換芯片以電信號的方式傳送給單片機，由單片機根據需要來控制電動機轉速以達到控制箱內溫度的目的。如果離心機箱內溶液溫度較之指標溫度較高，則壓縮機啟動，產生制冷效果，降低箱內溫度．直到達到設定的標準溫度。通過測速系統測出電動機的轉速．并與設定轉速比較，模數轉換模塊以輸出模擬電壓來控制變頻器。從而達到控制電動機轉速的目的。
 

3 系統設計

本系統主要包括計算機控制模塊、電動機控制模塊、壓縮機控制模塊、溫度測量模塊、測速模塊、鍵盤和顯示控制模塊、定時模塊以及儀器的自我保護電路等。

3．1 計算機控制部分該系統控制器采用美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CM0S 8位單片機AT89C52，片內含8 KB的可反復擦寫的FIash只讀程序存儲器和256 B的隨機存取數據存儲器 (RAM)．因此可以不用外擴存儲器。與標準MCS一51指令系統及8052產品引腳兼容，功能強大的AT89C52單片機適合于較為復雜的控制應用場合

3-2 電動機控制模塊電動機為三相鼠籠式交流電動機，其轉速控制采用交流變頻技術，電路原理圖如圖2所示。DAC0832的輸入端接收到來自單片機AT89C52發來的數字信號，通過數模轉換將數字信號轉換成為模擬信號。由于DAC0832的轉換輸出模擬量為電流信號，所以，在輸出端外接轉換電路，將電流信號轉換成為穩定的電壓輸出給變頻器，通過改變變頻器的頻率來控制電動機的轉速，直至達到預定的電動機轉速。

3．3 壓縮機控制模塊

壓縮機控制電流大，不適宜用繼電器來控制，因此，采用可控硅來控制壓縮機工作。可控硅是一種具有3個PN結的4 層結構的大功率半導體器件，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路。其控制電路通過溫度傳感器測得離心機箱內溶液溫度，如果較之設定指標溫度高，則壓縮機啟動，產生制冷效果，來降低箱內溫度，直至達到設定標準溫度。

3．4 溫度測量模塊

溫度測量模塊用于測量離心機箱內溶液的溫度，其電路溫度傳感器采用美國模擬器件公司生產的AD590，是單片集成的兩端感溫電流源。AD590輸出與測量溫度對應的電流信號，通過轉換電路將其轉成電壓信號，再通過模數轉換模塊ADC0804將其轉換成數字信號，送到單片機進行處理，計算出相應的溫度值。

3．5 測速模塊速度傳感器采用3144．應用霍爾效應原理，其輸人為磁感應強度，輸出是一個脈沖信號，它具有體積小、靈敏度高、響應速度快、度高、可靠性高的特點。測速模塊的電路如圖 5所示。電動機軸上加一個圓盤，上面平均分布了6個小磁鋼，每個磁鋼經過3144時都會產生一個脈沖，脈沖通過施密特觸發器74LS221整形后．送到單片機計數，通過脈沖數的多少就可以計算出電動機轉速的大小。

3．6 鍵盤和顯示模塊系統采用軟面板鍵盤輸入，共設置9個按鍵：“切換”鍵用于電動機轉速和分離因素之間的切換顯示：“開門” 鍵用于在停機狀態下控制門的開合：“LEFr”、“RIGHT” 鍵用于在參數輸入狀態時左右移動光標：“設置”鍵用于將樣機置于設置狀態，此時除光標在電動機轉速顯示4位中的第1位，其他數碼管均不顯示：“UP”鍵用于各參數值的設定輸入(0～9的遞增輸入)；“確定”鍵，當正確輸入完各參數后應按此鍵，進行確認； “啟動”鍵，當按下此鍵后，儀器將開始運行；“停機”鍵可在任何狀態下讓系統停止工作。顯示采用LED八段數碼管，其中溫度3位(XXX一10～50 ℃)，時間定時2位(XX 00—99 min)，電動機轉速設定(O～8 000 r／min，此時電動機轉速指示燈亮；按切換鍵可顯示分離因數，此時分離因素指示燈亮。)另外，當電動機在轉動時，還有一位數碼管的ABCDEF的各段被順序點亮，循環不停。

3_7 儀器的自我保護功能儀器具有上電自檢功能，失衡報警功能(指示燈亮)，蜂嗚器提示功能．壓縮機工作狀態指示功能(壓縮機工作時指示燈亮)。另外，當儀器不處在停機狀態時，“開門”鍵不起作用，即蓋門不能打開；當門沒有蓋好時，“啟動”鍵不起作用，以保護儀器和使用者的安全。

4 實驗結果樣機在不帶轉子與帶轉子2種情況下，轉速設定值逐漸提高直到4 000 r／min，測試儀器的平衡性及轉速控制部分的功能：分別在電動機低速(500 r／min以下)和高速(3 000 r／min 以上)運轉時測試制冷效果；調整儀器到各種極限狀態以測試各種保護功能的實現情況。測試結果表明，各種邏輯控制功能和保護功能均已實現，實測轉速與設定值誤差在要求范圍以內，升速減速過程平穩，到達設定轉速后電動機運轉穩定．儀器平衡性較好，制冷效果較好。

5 結論本儀器電路系統設計采用了自動控制、微電子技術和計算機技術。它具有自適應反饋控制功能，對電動機轉速、溫度采用閉環控制。在儀器運行過程中，通過控制變頻器和壓縮機，來實現對電動機的轉速和溫度進行自動調節。儀器具有上電自檢、失衡報警、蜂鳴器提示、壓縮機工作狀態指示和自動開關門等功能。通過驗證，儀器各項功能均已達到設計要求，系統分離效果好，振動小、噪聲低，適用于在低溫或室溫環境中將溶液中的溶質與溶劑分離。