1 引言

生物制藥產(chǎn)業(yè)被公認(rèn)為是二十一世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，是生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、成效最顯著、發(fā)展最迅速的一個(gè)領(lǐng)域。它將生物技術(shù)和制藥產(chǎn)業(yè)合為一體，涉及到化學(xué)、基因?qū)W、、生物信息學(xué)、病理、物理等各學(xué)科，是一個(gè)多學(xué)科支撐的知識(shí)體系。

所謂生物制藥就是把生物工程技術(shù)應(yīng)用到藥物制造領(lǐng)域的過程，其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)，對(duì)DNA進(jìn)行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫(yī)藥制品。廣義的生物制藥包括了基因工程制藥、生化制藥等；而狹義的生物制藥則主要是指基因工程制藥。生物藥品是以微生物、寄生蟲、動(dòng)物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量制成的生物活化制劑。

在生物制藥工藝過程中，其溫度的測(cè)量及控制一直是重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)于生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著決定性影響。在生物制藥工藝過程中，往往需要多點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫，并且還要按照預(yù)定的溫度規(guī)程進(jìn)行控制。而生物制藥現(xiàn)場(chǎng)往往連線和供電不便，故多點(diǎn)無線測(cè)溫是新興的溫度測(cè)量及控制的技術(shù)，帶有現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)更是現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 系統(tǒng)組成原理

2.1系統(tǒng)組成

2.1.1系統(tǒng)外形

無線測(cè)溫系統(tǒng)外形見圖1(左為測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模抉，右為測(cè)溫?zé)o線接收模抉) 。

圖1 無線測(cè)溫系統(tǒng)外形

2.2.2 系統(tǒng)電路組成

系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖

測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊，可以1～n個(gè)，n小于256個(gè)。測(cè)溫?zé)o線接收模塊與測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊之間采用藍(lán)牙技術(shù)的無線傳輸方式。測(cè)溫?zé)o線接收模塊可作成多路，其路數(shù)依據(jù)要求而定，且具有智能控制的現(xiàn)場(chǎng)總線功能。

2.2.3 測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊電路組成

測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)示意框圖

測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模抉內(nèi)部組成：

（1）溫度變送器

溫度變送器采用一線總線制的高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，即DS18B20。

【1】DS18B20基本性能：

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。

【2】DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)：

●只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。

●在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。

●實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。

●測(cè)量溫度范圍在－55℃～＋125℃之間。

●數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。

●內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。

（2）CPU2—微電腦：負(fù)責(zé)測(cè)溫處理，指揮藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送。

（3) 藍(lán)牙無線模塊：藍(lán)牙技術(shù)是一種短距(10～15米)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它能將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。

（4) 供電：采用光電池供電。本供電系統(tǒng)由硅光電池、充電控制電路和可充電電池組成。因此，測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊可用于不便提供交流電源供電，或高壓區(qū)測(cè)溫及移動(dòng)體（無電源）測(cè)溫等場(chǎng)合。

2.2.4 測(cè)溫?zé)o線接收模塊

1）測(cè)溫?zé)o線接收模電塊路組成

測(cè)溫?zé)o線接收模電塊路組成結(jié)構(gòu)示意框見圖4。

圖4 結(jié)構(gòu)示意框圖

測(cè)溫?zé)o線接收模塊內(nèi)部組成：

(1) CPU1—微電腦：負(fù)責(zé)接收藍(lán)牙無線發(fā)送的測(cè)溫信息，驅(qū)動(dòng)顯示。

(2) 藍(lán)牙無線模塊：同測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊；

(3) 電源：采用通用的開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源；

(4) 顯示單元：采 0.5寸七段LED數(shù)碼管組成顯示單元。

3、創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 原理創(chuàng)新

● 采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是1－Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便；

● 采用蘭牙無線測(cè)溫系統(tǒng)；

● 采用光電池供電。

上述三種技術(shù)組合，實(shí)現(xiàn)了超小型、低功耗、多路、無線測(cè)溫系統(tǒng)，是一項(xiàng)原理創(chuàng)新。

3.2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

● 采用多個(gè)蘭牙無線測(cè)溫發(fā)射模塊，一個(gè)集中蘭牙無線測(cè)溫接收模塊結(jié)構(gòu)，是一種多點(diǎn)靈活的無線測(cè)溫結(jié)構(gòu)；

● 采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，光電池供電的一體化測(cè)溫結(jié)構(gòu)。

上述裝置是一種典型的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、蘭牙無線和光電池供電等技術(shù)，于屬技術(shù)創(chuàng)新。

3.4 應(yīng)用創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、蘭牙無線收發(fā)和光電池供電的測(cè)溫系統(tǒng)，使用靈活，可用于不方便提供交流供電，特別是移動(dòng)物體和高電壓場(chǎng)合的測(cè)溫，多路無線測(cè)溫和集中顯示等場(chǎng)合，將本多點(diǎn)無線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用于生物制藥產(chǎn)業(yè)，這是一種應(yīng)用創(chuàng)新。

5、產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)

1）測(cè)溫范圍：－55～＋125℃。

2）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率：用戶可以從9位到12位選擇。

3）測(cè)溫發(fā)送裝置數(shù)據(jù)間隔：約7秒鐘發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，且可預(yù)先設(shè)定。

4）測(cè)溫精度：±0.5℃。

5）測(cè)溫上、下限：可設(shè)定，并記憶，停電不丟，可以控制溫度范圍，也可設(shè)置超限報(bào)警。

6）探頭：不銹鋼管測(cè)溫探頭，長(zhǎng)度可變，抗腐蝕。

7）藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸短距(10～15米)，它能用于各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。

8）蘭牙無線測(cè)溫發(fā)射模塊：尺寸為84mm×104mm×176mm。其中：176mm為溫度變送器尺寸，其尺寸可位實(shí)際需要訂制。

9）測(cè)溫?zé)o線接收模塊：尺寸為96mm×96mm×110mm。采5寸七段LED數(shù)碼管組成顯示單元，顯示測(cè)溫值。

10）供電：無線測(cè)溫發(fā)射模塊，＋5V光電池給充電電池供電，太陽光下，充電8小時(shí)，可供測(cè)溫發(fā)射模塊工作16小時(shí)，也可由白熾燈充電。充電狀態(tài)由發(fā)光二管顯示, 也可就用鋰電池供電。無線測(cè)溫接收模塊工作電源為220VAC, 采用直流開關(guān)電源供電。

6 結(jié)論

生物制藥中的溫度檢測(cè)是為了控制制藥過程的溫度，對(duì)于生物制藥是十分重要的。目前傳統(tǒng)生物制藥中的溫度檢測(cè)多采用熱電偶摸擬方式長(zhǎng)線傳輸，易受干擾，且可靠性差，測(cè)量精度低，影響生物制藥要求。由于摸擬方式測(cè)溫，連線多，不方便多點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫。

用于生物制藥中的多點(diǎn)無線測(cè)溫系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代多點(diǎn)無線測(cè)溫裝置，在生物制藥過程中的實(shí)際應(yīng)用，它能提高生物制藥的測(cè)控水平，保證生物制藥的工藝穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)采用了超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20、蘭牙無線收發(fā)技術(shù)和光電池供電，使系統(tǒng)的體積小，重量輕，且低功耗，智能測(cè)溫控溫，其使用靈活，在生物制藥中具有實(shí)用和推廣價(jià)值。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為常小青、檀宏杰 等。）