Controllo qualità di un farmaco
ITEC - Sistemi Automatici - 2015
PRIMA PARTE
Una ditta farmaceutica, per testare gli effetti di un farmaco in studio, commissiona la progettazione di uno strumento che effettui diversi controlli di qualità del prodotto in relazione a due diversi reagenti. Le analisi si effettuano su un campione di 10ml del prodotto inserendo nel contenitore, in due fasi successive, due reagenti A e B mediante appositi micro dosatori e rilevando la risposta alla reazione mediante due sensori caratterizzati dai parametri funzionali di seguito descritti:
- Sensore SPH di acidità che fornisce all'uscita digitale a 4 bit, i valori di PH compresi tra 1 e 14 secondo la tabella:
Valore in uscita (Hex)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
Misura corrispondente
error
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
error
- Biosensore Sc in grado di rilevare concentrazioni comprese tra 100ug/ml
e 2000ug/ml fornendo in uscita una corrente dipendente dalla misura di concentrazione secondo la relazione:
I(C)=-1/10*ln(C)
Il sistema si completa con:
un pulsante di START del tipo relè ad autoritenuta con ritorno alla posizione di riposo dopo 10 secondi;
due micro erogatori per il rilascio dei reagenti A e B in dosaggi già stabiliti che possono essere
assimilati a dispositivi ON/OFF;
un timer per la scansione dei tempi che fornisce un impulso TTL di durata 1us ad intervalli di 1 minuto
come riportato nel grafico:
L'avvio è determinato dall'operatore attraverso il pulsante START che attiva il timer. Al primo impulso utile
dopo l'attivazione il sistema deve consentire il rilascio del reagente A mediante l'abilitazione del
corrispondente micro erogatore. Dopo 1 minuto dev'essere acquisito il valore presente sul sensore SPH e contestualmente dev'essere consentito il rilascio del reagente B mediante
abilitazione del corrispondente micro erogatore. Trascorso un altro minuto si effettua la seconda
acquisizione del valore di PH mediante il medesimo sensore ed entrambi i micro erogatori vengono posti nella
posizione di OFF. Dopo un'attesa di altri 2 minuti dev'essere acquisito il valore della concentrazione del
principio attivo mediante il biosensore Sc ed il processo ha termine.
Fasi del progetto:
Schema a blocchi dettagliato del sistema con sistema di controllo programmabile;
Logica di controllo dipendente dalle specifiche tecniche dei dispositivi scelti;
Algoritmo di gestione del processo che consenta l'attuazione delle singole fasi e la memorizzazione dei
dati rilevati in apposita area di memoria per effettuare prove su 100 campioni.
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1.
Schema blocchi del sistema
Il microcontrollore controlla il sistema attraverso:
- Il convertitore A/D che legge il segnale del circuito di condizionamento del sensore di concentrazione;
- Un ingresso digitale che riceve gli impulsi dal timer esterno, a sua volta attivato dal pulsante di Start;
- Due uscite digitali controllano l'attivazione di due relè e quindi dei micro erogatori;
- Quattro ingressi digitali leggono i dati del sensore di acidità;
- Undici uscite digitali permettono la visualizzazione dei dati direttamente su 4 display a 7 segmenti (7 uscite per il valore, 4 uscite per selezionare il display).
2.
Logica di controllo
Si potrebbe usare un microcontrollore più leggero e quindi più economico, ma quello scelto è un Atmel 2560, già conosciuto e dotato dei dispositivi sopracitati. La scelta del timer è stata imposta dalla traccia ma sarebbe stato vantaggioso sfruttare quello interno al uC.
La lettura dei dati, vista l'ampia disponibilità di porte I/O è stata affidata completamente al uC che, dopo aver codificato i valori, gestisce direttamente 4 display a 7 segmenti attraverso un driver che fornisce la corrente necessaria. I due micro erogatori sono attivati nei tempi prestabiliti da 2 uscite digitali, attraverso due relè . Un circuito di condizionamento converte la corrente fornita dal sensore di concentrazione, in una tensione variabile da 0V a 5V, questa è quindi inviata al convertitore A/D del uC, che ne ricava il corrispondente valore binario. Il sensore d'acidità, fornisce i valori di PH su 4 uscite digitali di basso livello, e per tale motivo, è direttamente collegato al uC.
