[发明专利]一种小型化空间实验用微型基因扩增装置

权利要求书

1.一种小型化空间实验用微型基因扩增装置，其特征在于，包括：承载机构、电路系统、电源、两组扩增生物芯片、指示灯和电源开关，其中，承载机构包括矩形金属盒体和软包，金属盒体采用整体壁板密闭式结构，电源固定安装在金属盒体的后端面上，金属盒体前端面的上半部分安装电源开关和指示灯，前端面的下半部分开口，金属盒体开口处两侧的内壁上对称加工有两组水平方向的凸形滑轨，两组凸形导轨分别位于金属盒体内中部的水平面和底部的水平面上，电路系统由一块印制电路板实现，其上包括单片机、存储器、信号变换电路、温度开关、电源管理模块和通讯接口，电路系统固定安装在印制电路板托板上，印制电路板托板的两相对边上设有与金属盒体凸形导轨配合的凹形滑槽，电路系统通过印制电路板托板水平插装在承载机构的中部。两组扩增生物芯片通过扩增生物芯片托板同样以印制电路板托板的形式水平插装在金属盒体的底部，固定螺钉穿过金属盒体的表面将印制电路板托板和扩增生物芯片托板进行固定，最后由前面板将金属盒体前端面的下半部分开口封闭，电源、电路系统和扩增生物芯片与承载机构形成整体固定连接；软包将金属盒体整体包覆，软包采用宇航级帆布制作，软包外由扎带纵横包扎固定，以实现装置整体在空间舱内的搭载。

2.如权利要求1所述的小型化空间实验用微型基因扩增装置，其特征在于，所述电路系统选用MSP430单片机，其上自带ADC采样模块、两个计数定时器、看门狗、flash和串口通信UART，电路系统配备大容量存储器NAND Flash。

3.如权利要求1或2所述的小型化空间实验用微型基因扩增装置，其特征在于，所述电路系统内部与其他部件之间的连接关系为：电源与电路系统的电源管理模块连接，电源输出的单一电平经过电路系统的电源管理模块处理得到多种电平，分别为电路系统的各个模块和扩增生物芯片的加热片供电；单片机通过温度开关与扩增生物芯片的加热片连接，单片机通过温度开关控制扩增生物芯片加热片的加热状态，进而实现扩增生物芯片反应腔室的升温和降温；温度传感器通过信号变换电路与单片机的ADC采样模块连接，温度传感器的阻值通过电路系统中的信号变换电路转换为电压信号，单片机的ADC采样模块获取该电压信号，并转换为实际的温度值；存储器NAND Flash与单片机连接，用于存储试验过程中采集到的温度值、温控开关工作状态及系统实时时间等数据，实现对整个试验过程的数据记录，试验完成后可读取存储器中的数据，并通过单片机的UART接口上传至计算机做进一步的显示和分析。

4.如权利要求3所述的小型化空间实验用微型基因扩增装置，其特征在于，所述单片机的控制流程如下：

（1）、打开装置开关对电路系统上电后，单片机首先对系统时钟及各个功能模块进行初始化和系统状态自检，状态正常时指示灯显示绿色，否则为红色；单片机随后进入主循环“while(1)；”，等待响应定时器、UART及看门狗模块触发的中断；

（2）、单片机根据初始化过程中对定时器相关寄存器的配置模式定期响应其中断，每秒响应一次Timer B中断；在Timer B中断中，具体实现系统实时时钟（RTC）秒，分及小时的实时更新，以供单片机判断装置所处工作阶段，保证反应过程中对温度循环时间的精确控制；

（3）、若需要通过上位机软件对相关试验参数进行重新配置，程序响应UART中断，将接收到的参数更新并回传至上位机，以验证各参数是否正确更新；

（4）、当单片机定期响应Timer A中断后，使能ADC采样模块采样的中断，单片机随即对外部电路输入的温度信号进行采样并响应ADC采样模块中断；在ADC采样模块中断中，单片机根据温度传感器的测温公式，将采集到的数字信号计算转化为温度值；随后单片机将根据RTC和经过滤波处理后的温度值与相关试验参数比较的结果，判断系统所处的工作阶段，并控制指示灯和温度开关做出相应的变化；此外，单片机会将温度信息写入片外存储器Nand Flash进行存储或者通过串口发送至上位机进行实时显示，同时将单片机的状态信息存入片内flash模块中；如果单片机根据设定的反应流程判断扩增反应已经完成，装置将进入低功耗模式，否则程序退出Timer A中断重新回到主循环，等待响应新的中断；

（5）、如果装置在长时间的扩增反应过程中发生了死机的情况，单片机自带的看门狗模块将会触发中断并引发系统复位；单片机复位后，单片机将从片内flash中读取之前实时存储的状态信息，恢复到死机前所处的工作状态。