崩解儀電子控制系統的設計與研究

摘 要：崩解儀是用于檢測固體制劑崩解時間及相關檢測參數的智能化檢測儀器，它也是藥廠常用的設備，本文作者介紹了一種崩解儀電子控制系統，其設計參數全面，測量精密度高，具備一定的自動化水平，具有一定的實際推廣價值。

關鍵詞：崩解儀；控制系統；設計

1 概述

崩解是指藥物制劑在吸收前的物理溶解過程，作為在制藥企業中常用的崩解儀其主要功能是提供一個與人體胃器官相類似的試驗環境，以準確地測定出制劑的崩解時限。在使用過程中，涉及時間、溫度、頻率和運動的測量。對于崩解儀計量性能的評價要能保證儀器滿足使用需要，但又要避免不務實的計量準確度要求，崩解儀電子控制系統的設計要求也越來越高。

2 崩解儀電子控制系統的設計

圖1為崩解儀電子控制系統，其主要由測溫模塊、電機控制模塊、運動臂位置檢測模塊、單片機控制器、鍵盤顯示器、報警模塊組成，測溫模塊、電機控制模塊、運動臂位置檢測模塊、鍵盤顯示器、報警模塊分別與單片機控制器連接，具體工作原理為：單片機控制器根據用戶的要求設定的測溫模塊，控制加熱器產生恒溫環境，當用戶通過鍵盤啟動崩解測試時，電機控制模塊啟動，帶動運動臂在豎直方向上做往返運動，用于模擬人體胃部的蠕動，對制劑進行分解，當測試進行到用戶設定的崩解時限時，運動臂位置檢測模塊檢測運動臂的位置，當達到設定位置后，停止步進電機，蜂鳴器報警，指示崩解過程完成.對制劑的溶解度進行測定。

3 單片機控制器

本文研究設計的控制系統是基于AVR單片機的崩解儀電子控制系統，是以型號為ATmega128的AVR單片機為核心部件所開發的嵌入式控制系統。AVR單片機是由美國ATMEL公司推出的增強型內置Flash的RISC高速8位單片機，數據存儲器為8位，但是指令長度單元為16位（即數據存儲器寬度16位），采用了大型快速存取寄存器組、快速單周期指令系統以及單級流水線等先進技術，使得具有高達1MIPS/MHz高速運行處理能力。其含有兩個具有獨立的預分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數器和兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時器/ 計數器。AVR單片機目前己被廣泛應用于儀表儀器設各、計算機外圍設備、移動通信設備、工業控制和家用電器等眾多領域。

4 測溫模塊

測溫模塊由圖2所示，其主要由恒流源51、精密參考電阻52、儀表放大器53、A/D轉換器54、單片機控制器2組成；其中：恒流源51輸出端一方面與儀表放大器53的同相輸入端電連接，恒流源51輸出端另一方面與NTC熱敏電阻1輸入端電連接，NTC熱敏電阻1輸出端與儀表放大器53的反相輸入端電連接，NTC熱敏電阻1輸出端通過精密參考電阻52與地連接，NTC熱敏電阻1輸出端與A/D轉換器54的基準電壓輸入端電連接，儀表放大器53的輸出端與A/D轉換器54的輸入端電連接，A/D轉換器54的輸出端與單片機控制器2的輸入端電連接。

NTC熱敏電阻為RT，精密參考電阻為R，恒流源產生的電流為I，儀表放大器的放大倍數為AV，測溫模塊5的電路計算過程為：

NTC熱敏電阻的輸出電壓ΔV為：ΔV=I*RT

經儀表放大器放大輸出V0為：V0=I*RT*AV

取樣電阻輸出電壓VREF為：VREF=I*R

A/D轉換器輸出數字量Code公式為：

Code= 2N×RT×AV / R

可見A/D轉換器輸出數字量Code僅與NTC熱敏電阻、精密參考電阻、儀表放大器的放大倍數有關。采用了恒流源51和精密參考電阻52為A/D轉換器54提供參考電壓VREF，與所測NTC熱敏電阻1電壓構成的測溫模塊5，消除了由于恒流源51漂移給系統帶來的誤差，同時該模塊選用了精密參考電阻52作為精密參考電阻，使整個系統的測量精度主要取決于A/D轉換器54的分辨率，由于該系統采用了高精度24位 A/D 轉換器，使整個系統達到了高精度測溫的要求。

NTC熱敏電阻1為美國福祿克公司生產的1521系列熱敏電阻，1521系列熱敏電阻的測量精度為±0.001℃，年穩定性優于0.001℃。儀表放大器53采用了AD公司生產的集成儀表放大器AD 623作為該系統的放大器，它具有優良的共模抑制比，并且具有低功耗、寬電源范圍，它可取代分立器件構成的儀表放大器，具有線性度優良、溫度穩定性高和體積小、可靠性高等優點。NTC熱敏電阻1和儀表放大器53為溫度校準裝置的測量精度提供了可靠的保證。

5 電機控制模塊

電機控制模塊的基本原理為：高速光耦TCPL-4504 的隔離送入后續驅動電路；選用L298芯片構成的雙H橋式電路驅動步進電機的兩相繞組，實現細分控制；選用某型號步進電機，其位移分辨率為0.0127mm/步，步距角為1.8°，為進一步確保精確定位的要求。

6 運動臂位置檢測模塊

運動臂位置檢測模塊是保證運動臂停止在確切位置的關鍵，運動臂位置的檢測是保證運動臂停止在確切位置的關鍵。常用的運動臂位置檢測方法有：使用接近開關或光電開關等方法，由于崩解儀在測試過程中，運動臂會在豎直方向上做往返運動，使用接近開關會快速損耗其工作壽命，因此系統采用光電開關對運動臂進行檢測。

運動臂未經過光電開關時，電路輸出低電平信號，當運動臂正好經過光電開關時輸出高電平，使用單片機的外部中斷可有效記錄運動臂的經過.因此將光電開關放置在希望運動臂停留的位置附近。

7 展望

本文介紹的崩解儀電子控制系統的設計只介紹了硬件電路的設計思路，由于篇幅有限，未介紹軟件設計部分，在軟件設計中應考慮多個方面的問題，以便于崩解儀的電子控制系統更加完備，生產出的產品更加穩定可靠，為醫藥企業提供重要的技術保障。

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作者簡介：

吳瑩，男，1981年8月生，高級技師/工程師，浙江華義檢測有限公司，主要從事計量檢測、管理，電氣自動化控制的研究。