基于数控电位器X9C103的温度调节器设计与应用
戚丹，李开良
南京医科大学第一附属医院 临床医学工程处，江苏 南京 210029
[摘 要]目的为了更好的把控试管婴儿工作的每一个环节，提高试管婴儿的成功率，需要对试管加热器温度控制系统进行调校，以提高温度准确性。方法结合我院生殖中心取卵用试管加热器的型号，根据其内部控制电路，设计制作了基于X9C103芯片的试管加热器温度调节器。结果根据试管加热架实际控温电路，制作了温度调节器，可以完成试管加热器温度的调校。结论利用温度调节器完成试管加热器温度的调整，免去了将加热器送往厂家进行调校费时费钱的流程，节省时间和经费，提升工作效率。
[关键词]试管婴儿；加热器温控；温度校准；温度调节器
引言
试管婴儿即体外受精联合胚胎移植技术，又称试管婴儿，是指分别将卵子与精子取出后，置于试管内使其受精，再将胚胎前体—受精卵移植回母体子宫内发育成胎儿[1]。在此过程中，重要的一个环节是从女性体内通过B超图像引导穿刺取得卵泡，然后再进行后续工作。卵泡离开体内需要及时放入温度为37℃的Falcon试管中，该试管是放在试管加热器中进行恒温加热的[2]。因此，试管加热器温度控制的准确性极为重要，每天均需要对试管加热器的控制温度进行检测，当发现温度异常时，停止使用试管加热器，并对加热器控制温度进行重新校准等。本文介绍了一种基于X9C103的试管加热器温度调节器设计[3]。
1 COOK试管加热器工作原理
澳大利亚COOK K-FTH-1012试管加热器用于在卵母细胞恢复期间控制试管及其内容物的温度，并尽可能减少温度对卵母细胞的损伤。最多可容纳6只Falcon 2001试管，实物图，见图1。该试管加热器采用12 VDC电源适配器直接供电，提高安全性和便捷性。加热器出厂时温度均调节至36.9℃，其面板没有任何调节按钮，仅有一琥珀色指示灯表示本机已通电。当灯闪烁时，加热器处于其最佳工作温度[4]。
图1 COOK试管加热架实物图
为了确保绝对安全，在用户层面，其温度是不能进行调节的，当用第三方温度计检测发现温度存在偏移时，需要将试管加热器整体寄往厂家进行调校，每次调校所花时间在30天左右，需要支付近万元调校费用，可以说费时费力费钱，降低了工作效率，有时严重影响工作。因此，寻找一种对试管加热器进行温度调校的方法十分必要。
仔细研究试管加热器工作电路，发现其加热控制部分是利用一个电桥电路将温度信号反馈给控制电路，来控制试管加热器内部加热电阻工作与否，进一步精确控制电路，其部分电路图，见图2。其中RT1、R1、R4和芯片X9C103共同组成电桥电路。RT1为100 kΩ的NTC负温度系数的温度电阻，R1和R4为固定阻值电阻，芯片X9C103为可编程电位器，可编程输出所需要的阻值[5]。RT1感应加热器温度，当温度达到预设值36.9℃时其阻值为60.88 kΩ，此阻值与R1、R4以及芯片X9C103共同组成电桥输出至后面比较电路，进行电路控制。改变芯片X9C103的输出阻值可以改变电桥的平衡状态，进一步调节试管加热器的温度[6]。
图2 温度调节器电路图
2 芯片X9C103原理
在各种电桥电路中，为了调节电桥平衡， 必须对电位器进行多次调节，方能使电桥达到平衡。芯片X9C103是100 阶的数字电位器。 其电阻范围为4 Ω～10 kΩ。X9C103片内包含有99个电阻单元的电阻阵列，以串联的形式连接。在每个单元之间和二个端点都有被滑动单元访问的抽头点。其内部电路，见图3。滑动单元的位置由
和
三个输入端控制，一旦位置选定后，可存放在非易失性存储器中，因而在下一次上电时可重新调用，输出所设定的阻值，不需要每次进行输入控制量[7-8]。
图3 X9C103内部电路图
在两个端点( VH和VL) 和每个电阻之间有一个电子开关, 它能把该点的电位传输到滑动端
三个输人引脚能控制滑动端在电阻阵列中移动的位置, 当
为低电平时, 则芯片X9C103被选中，这时
和
输入引脚才能接受信号[9]。当
输入引脚由高到低的变化可能增加或减小一个7 位计数器的值, 主要由
输入引脚电平决定。当
为高电平，计数器的值增加；当
为低电平，计数器的值减小。进而增加或减小输出的阻值[10]。其工作原理模式选择情况，见表1。
表1 X9C103工作模式选择表
3 温度调节器设计
根据1和2所介绍的COOK试管加热器工作原理以及芯片X9C103原理，设计出电路如图1所示的COOK试管加热器温度调节器。图中，开关S3为单刀双掷开关，连接X9C103片选
引脚，默认与a点联通，使片选
端为高电平，芯片以阻值输出模式工作；当S3与b点连接时，
端为低电平，为片选状态。开关S2为单刀双掷开关，其控制阻值增加或减小，与芯片
引脚相连，当
为低电平时有效[11]。按键S1为
引脚信号输入端，在芯片为片选状态下，根据
的状态，每按一次，阻值输出就会增加或减少相应的值，根据需要选择按键次数。电容C1为按键防抖动电容。根据电路图所制作的实物图（图4）。实物中两连接线分别与COOK试管加热器和12VDC电源适配器相连，选择合适状态通过按键即可调节试管加热器的温度（表 1）[12-13]。
图4 温度调节器实物图
4 温度调节器应用
科室送修COOK试管加热器温度不准确，用温度计测量发现偏低，只有34℃，影响使用，需要对其进行温度调校。将温度调节器与热管加热器按照连接方式连接好，发现试管加热器面板指示灯常亮，开始加温，试管加热架内放一盛水的试管，试管内放一个温度计用于检测温度[14]。当指示灯闪烁时，发现温度计温度为34℃，此时将
片选开关拨至
开关拨至UP，连续按键10次后，将
拨至ffffd3端，从真值表可以看出，此步骤是将新的阻值保存[15]。此时发现指示灯常亮说明试管加热架在加热，当指示灯闪烁时，温度计指示温度为34.5℃，温度仍然偏低。继续片选，连续按键30次，保存阻值，指示灯常亮开始加温，如此反复调校，将试管加热器温度调至36.9℃[16]。
温度调校完成后，测量数字电位器X9C103输出的阻值，找到与该阻值一致的1/8W的固定色环电阻，用固定阻值电阻替换数字电位器，让加热器重新工作，待电路稳定后测量试管加热器温度为36.9℃，说明使用数字电位器进行温度调校的方法是准确和可行的。
5 总结与讨论
此温度调节器可以方便快捷的调校COOK试管加热器的温度，每次调校均可为临床节省时间以及相关的调校费用，一定程度上提高了工作效率，确保了临床使用的安全，保证了试管婴儿取卵环节的可靠性。该设计的创新之处在于，能够利用COOK试管加热器加热控制原理，设计制作出能够对加热控制电路进行调节的外围电路，解决了该试管加热器温度调校问题，确保温度准确。不足之处是，该设计目前只能完成试管加热器的调校工作，不能对试管加热器进行实时温度监控和自动调节，在实时监控和自动调校方面还有较大的扩展空间。
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Design and Application of Temperature Regulator Based on Digitally Resistance X9C103
QI Dan, LI Kailiang
Department of Clinical Medical Engineering, The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China
Abstract:ObjectiveIn order to better control the test tube baby work every link to improve the success rate of IVF, the temperature control system of test tube heater needs to be adjusted to improve the accuracy of temperature.MethodsThe temperature regulator of test tube heater based on X9C103 chip was designed and manufactured according to the model of tube heater for egg collection in reproductive center of our hospital and adopting the internal control circuit.ResultsA temperature regulator was made according to the actual temperature control circuit of the test tube heating frame, and the temperature of the test tube heater could be adjusted.ConclusionThe use of temperature regulator to complete the test tube heater temperature adjustment eliminates the need to send the heater to the manufacturers to adjust, which is a time-consuming and costly process, and it can save time and money to improve work efficiency.
Key words:in vitro fertilization; heater temperature control; temperature adjustment; temperature regulator
[中图分类号]TP214；TH789
[文献标识码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2018.07.022
[文章编号]1674-1633(2018)07-0083-02
收稿日期：2017-08-16
修回日期：2017-08-17
作者邮箱：jsph68215302@163.com
本文编辑 袁隽玲