细胞深低温冷藏监测系统

摘要

本发明公开了一种用于监测细胞环境的细胞深低温冷藏监测系统，其包括数据采集层、数据传输层、数据处理层和信息服务层，其中数据处理层利用低温传感装置对环境状态进行监测并向数据传输层提供数据，数据传输层利用射频技术及网络技术将数据传输至数据处理层，由服务器对数据进行处理并将数据提供给信息服务层，同时客户端可访问服务器以获取细胞环境信息。本发明的细胞深低温冷藏监测系统可以做到通过无接触、高精度温度测量，远距离中心存储、数据分析及远程联网，在达到更高精度水平的基础上，实现超视距的实时温度测量、监控、巡检、报警以及质量状态分析。达到数据客观可靠、质量事故可回溯、无接触超视距实时细胞温度监控的现代化监控目的。

权利要求

1.一种用于监测细胞环境的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：其包括数据采集层、数据传输层、数据处理层和信息服务层，其中,所述的数据采集层包括多个深低温温度传感装置，所述的深低温温度传感装置包括直接探测环境温度的深低温温度传感器(101)、与所述的深低温温度传感器(101)相连接获取其温度数据并进行数据处理的温度数据控制装置(108)，所述的温度数据控制装置(108)包括构成其外观的壳体、设置在其壳体内部的主板(102)及可给所述的主板(102)供能的供能装置，所述的主板(102)包括单片机(103)、实时温度数据的存储闪存芯片(105)、2

向深低温温度集线器提供射频信号的射频芯片(106)及为各芯片单元提供IC读写总线的2

IC芯片(104);

所述的数据传输层包括多个深低温温度集线器，每个深低温温度集线器对应多个深低温温度传感器，所述的深低温温度集线器包括壳体，设置在壳体外部的天线和设置在壳体内部的主板(210)及主板供能装置，所述的主板(210)包括主控芯片(201)、用以接收深低温温度传感装置(100)的射频信号并将信号传输至主控芯片(201)的射频接收模块(202)、用以提供深低温温度集线器(200)当前所在位置信息的GPS模块(205)、与所述的主控芯片连接并实时将数据发送至数据处理层的网络模块(203)、给主控制芯片提供数据存储功能的大容量内存芯片(204);数据采集层利用深低温传感装置对细胞环境状态进行监测并向数据传输层提供数据，数据传输层利用射频技术及网络技术将数据传输至数据处理层，由服务器对数据进行处理并将数据提供给信息服务层。

2.如权利要求1所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：所述的单片机具有深低温温度补偿单元。

3.如权利要求2所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：所述的深低温温度传感器为无线温度传感器，所述的主板(102)包含匹配的温度数据无线接收模块。

4.如权利要求2所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：所述的深低温温度传感器(101)与主板(102)间通过单总线通讯接口进行连接。

5.如权利要求4所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：所述的射频接收模块为无线多点并发射频接收模块。

6.如权利要求1所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：所述的数据处理层采用B/S架构，其包括web服务器、分别与web服务器连接的数据库服务器及预警装置。

7.如权利要求6所述的细胞深低温冷藏监测系统，其特征在于：在web服务器内存储有细胞温度巡检规则，当达到预警或者报警条件时，web服务器则通过预警装置进行预警、报警。

说明书

细胞深低温冷藏监测系统

技术领域

[0001] 本发明属于冷藏领域，尤其涉及一种细胞深低温冷藏环境的监测系统。

背景技术

[0002] 当前，随着IT技术、射频通讯技术、互联网通讯技术、数字化测控技术的高速发展，一个崭新的朝阳产业---物联网正在各行各业快速成长。

[0003] 细胞技术，作为现代疾控、医疗、军事、科研等相关领域的高端专业技术，已经成为影响国计民生的尖端专业技术之一。由于细胞技术对于环境的特定依赖性，细胞活性对温度、湿度等环境要素有特殊、专业的要求，细胞产品的取样、开发、生产、运输及仓储等环节中，对于温度、湿度等影响细胞活性的关键要素有着极其迫切、严格的测量和监控要求。

[0004] 玻璃态是物质的一种存在状态，此时的物质象固体一样具有一定的形状和体积，又象液体一样分子之间的排列只是近似有序，因此是非晶态或无定形态，类似于我们熟知的透光材料玻璃；处于此状态的大分子聚合物的链段运动被冻结，只允许小尺寸的运动，所以其形变很小，因此称为玻璃态；而当大分子聚合物转变为柔软而具有弹性的固体时，就处于橡胶态。所谓无定形(Amorphous)是指物质所处的一种非平衡、非结晶状态，当饱和条件占优势并且溶质保持非结晶时，此时形成的固体就是无定形态；所谓玻璃化温度(Glass transitiontemperature，Tg)，是指当非晶态的食品从玻璃态到橡胶态的转变(玻璃化转变)时的温度(如图1所示)。

[0005] 20世纪80年代发展起来的生物材料玻璃化低温保存，是使细胞及其保护剂溶液以足够快的降温速率过冷到其玻璃化转变温度，而被固化为完全的玻璃态并以这种玻璃态在低温下长期保存的方法。在这一过程中细胞内外完全避免了结晶，从而得以避免由于结冰而引起的各种损伤。Papatz等人采用甘油保护剂实现红细胞悬浮液的玻璃化。Fahy等人探讨了玻璃化保存的基本原理，描述了如何实现玻璃化的基本过程。Rall等人的鼠胚胎玻璃化保存获得了成功。Fuku等人对牛的卵母细胞进行了玻璃化保存以及保存过程中超微结构变化的研究。

[0006] 细胞的深低温玻璃化存储，是当前实用最为广泛的先进存储技术，其核心要素是温度变化速率和温度平稳监测。

[0007] 当前，在细胞产品的开发、生产、运输及仓储过程中，一种方法是采用人工测量、纸质记录的方式对细胞的生存环境进行监测，此类方法人工消耗大，测量误差因人而异，浩瀚的纸质数据检索和分析困难重重，对于一些具有人体侵害性的细胞(病毒)，对人身的危害无法有效减免。第二种方法是通过使用特种设备进行个体化、离散的保存和监测，此类方法在测量一致性上有所提高，但仍需人工记录和分析，另外由于其采样点的固定性和数量限制，实际应用中不具备灵活性。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于研制一种测点灵活部署、测量误差一致、减免人员接触、自动化实时监测和可内建隐含规则的温度巡检及报警的细胞深低温冷藏监测系统。

[0009] 本发明所采用的技术方案是：

[0010] 一种用于监测细胞环境的细胞深低温冷藏监测系统，其包括数据采集层、数据传输层、数据处理层和信息服务层，其中数据处理层利用低温传感装置对环境状态进行监测并向数据传输层提供数据，数据传输层利用射频技术及网络技术将数据传输至数据处理层，由服务器对数据进行处理并将数据提供给信息服务层。

[0011] 所述的数据采集层包括多个深低温温度传感装置，所述的深低温温度传感装置包括直接探测环境温度的温度传感器、与所述的温度传感器相连接获取其温度数据并进行数据处理的温度数据控制装置，所述的温度数据控制装置包括构成其外观的壳体、设置在其壳体内部的主板及可给所述的主板供能的供能装置，所述的主板包括的单片机，其中所述的单片机具有深低温温度补偿单元，实时温度数据的存储闪存芯片、向深低温温度集线器2 2
提高射频信号的射频芯片及为各芯片单元提供IC读写总线的IC芯片。

[0012] 优选地，深低温温度传感装置的深低温温度传感器与深低温温度传感装置主板间还可以采用无线传输模式，即深低温温度传感器为无线温度传感器，所述的深低温温度传感装置主板包含匹配的温度数据无线接收模块。

[0013] 所述的数据传输层包括多个深低温温度集线器，每个深低温温度集线器对应多个深低温温度传感装置，所述的深低温温度集线器包括壳体，设置在壳体外部的天线和设置在壳体内部的主板及主板供能装置，所述的主板包括主控芯片、用以接收温度传感装置射频信号并将信号传输至主控芯片的多点并发射频接收模块、用以提供深低温温度集线器当前所在位置信息的GPS模块、与所述的主控芯片连接并实时将温度数据和GPS数据发送至数据处理层的网络模块、给主控制芯片提供数据存储功能的大容量内存芯片。

[0014] 优选地，所述的数据处理层采用B/S架构，其包括web服务器、分别与web服务器连接的数据库服务器及预警装置。并在web服务器内存储有定制化的细胞温度巡检规则，当达到预警或者报警条件时，web服务器则通过预警装置进行预警、报警，由设定规则进行主动的预警，提高安全性。

[0015] 本发明的有益效果是：通过本发明的细胞深低温冷藏监测系统可以做到通过无接触、高精度温度测量，远距离中心存储、数据分析及远程联网，在达到更高精度水平的基础上，实现超视距的实时温度测量、监控、巡检、报警以及质量状态分析。达到数据客观可靠、质量事故可回溯、无接触超视距实时细胞温度监控的现代化监控目的。

附图说明

[0016] 图1为本发明细胞深低温冷藏监测系统的结构框图；

[0017] 图2为本发明温度传感装置的结构框图；

[0018] 图3为本发明温度传感装置测温示意图；

[0019] 图4为本发明低温温度集线器结构框图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0021] 如图1所示，图1是本发明系统结构框图，本发明的细胞深低温监测系统包括数据采集层、数据传输层、数据处理层和信息服务层，其中数据处理层主要是采用传感装置对细胞状态进行监测，数据传输层利用射频技术及无线网络技术完成采集数据的传输，数据传输至数据处理层，由服务器对数据进行处理并将数据提供给信息服务层，为其提供信息查询。

[0022] 1、数据采集层

[0023] 如图2、3所示，本发明的数据采集层包括多个深低温温度传感装置100，所述的深低温温度传感装置100包括：深低温温度传感器101，与所述的深低温温度传感器101相连通的温度数据控制装置108及设置在温度数据控制装置108外部的发射天线107。

[0024] 所述的温度数据控制装置108包括构成其外观的壳体及设置在其壳体内部的主板102及可给所述的主板102供能的电池。所述的主板102包括具有深低温温度补偿单元的单片机103，如C8051F410型；闪存芯片105，在程序控制将单片机103处理得到的温度数据写入并存储在闪存芯片105内以便作为一部分内置的事后记录查询数据库，所述的闪存芯片选择很多，如16兆位SPI串行闪存芯片SST25VF016B；可同时将将单片机103处理得到的温度数据通过无线方式发送至下面描述的深低温集线器的射频芯片106，其中单片机2 2
103可采用ADF7020-1BCPZ；及IC芯片104，其为各芯片单元提供IC读写总线，可选择的
2
IC芯片类型很多，如A8563。

[0025] 所述的温度传感器101与单片机103数据连接，优选地，所述的深低温温度传感器101与主板102间通过单总线通讯接口进行连接。

[0026] 所述的供能电池采用可重复充电的电池，以延长电池的使用寿命，同时可以保证整个温度数据控制装置使用便利性和体积的小型化。

[0027] 因为细胞仓储环境所需的深低温测温范围大；采用数据的射频发射，减少了数据线物理及距离的束缚，在有效接收距离内可任意部署深低温温度传感装置在深低温冰箱或深低温液氮罐；且功能电池可重复充电，重复充电500次以上，且利用专门的智能电池管理技术，在有外电源时不耗电池电量，进一步延长充电电池的使用寿命；测量数据经补偿单元处理后再传送，测量精度高，测量误差小于等于0.5℃；测量一致性高；实时性强，延时小于1S；测温环境适应能力强；维护便利，可反复充电；安装或充电无需破坏细胞存储设备。本发明的细胞深低温冷藏监测系统完全可以达到细胞深低温存储条件下无接触、高精度温度测量、安装和维护便利的目的，具有极大的实用意义和社会意义。

[0028] 2、数据传输层

[0029] 本发明的数据传输层包括多个深低温温度集线器200，每个深低温温度传感器200均对应多个深低温温度传感装置100，如图4所示，所述的深低温温度集线器200包括：
构成集线器外观并保护内部结构的壳体，设置在壳体外部的天线和设置在壳体内部的主板
210及主板供能装置。所述的主板210包括作为主控单元的主控芯片201，如ARM的S3C2410型、用以接收温度传感装置射频信号并将信号传输至主控芯片的多点并发射频接收模块
202，所述的多点并发接收射频模块202能接收多个温度传感器发送来的温度射频信号，如最大可十六点温度射频并发接收的ADF7020-1BCPZ，用以提供当前深低温温度集线器所在位置信息的GPS模块205、与所述的主控芯片连接并实时将温度数据和GPS数据发送至数据处理层的网络模块203，所述的网络模块203包括有线网络模块如RTL8139网卡芯片或者无线传输网络模块如GPRS单元等、给主控芯片提供数据存储功能的大容量内存芯片204，如HY5DU561622FTP-5型256Mb内存芯片。其中，所述的主板供能装置为外接12V电源。

[0030] 3、数据处理层

[0031] 本发明的数据处理层采用B/S架构服务器，其包括web服务器300、分别与web服务器300连接的数据库服务器320及预警装置310，web服务器300利用大型服务器的网络接收能力和读写能力，借助万点级温度实时网络收集模块、温度实时收集软件模块和专有的大容量存储及检索文件系统，实现超大容量数据的稳定存储、检索及报表系统。

[0032] 为提升用户对复杂系统的简单应用能力并降低复杂信息平台的用户介入难度，在web服务器内还同时存储有可定制化的细胞温度巡检规则，该巡检规则的具体流程是开放给用户制定的，当达到预警或者报警条件时，web服务器则通过预警装置310进行预警、报警，按预定规则进行声光或者短信等形式的预警、报警，提升整体的安全性。

[0033] 4、信息服务层

[0034] 本发明的信息服务层包括多个客户端400，如上所述，本发明采用B/S架构，客户端400可以采用多种形式访问web服务器，只要有一台能上网的电脑就能使用，且客户端零维护，web服务器的系统扩展非常容易，温度数据实时更新快，可以查询运输态下的实时温度和历史温度，还可以追溯查询收到的细胞供应链信息。同时，结合GPS服务模块和无线网络，可实现全程位置、状态的全方面监测。B/S架构的使用也能在客户端电脑上进行部分处理，从而大大的减轻了服务器的负担；并增加了交互性，能进行局部实时刷新。

[0035] 综上所述，本发明的细胞深低温监测系统采用细胞深低温射频温度传感器，多个深低温温度传感器与一个深低温集线器相对应，利用射频技术实现温度数据的传输，可实现温度群集精确、实时传输，同时该系统有包含多个深低温集线器，其配以网络模块和GPS模块，能利用网络将温度数据及位置数据传递至web服务器，而服务器的超容量温度数据存储、分析、报表技术及细胞温度定时巡检、温度异常报警监测及开关或短信报警技术使得客户端可以获取多种信息，实时观测细胞环境变化。

[0036] 通过本发明可以做到通过无接触、高精度温度测量，远距离中心存储、数据分析及远程联网，在达到更高精度水平的基础上，实现超视距的实时温度测量、监控、巡检、报警以及质量状态分析。达到数据客观可靠、质量事故可回溯、无接触超视距实时细胞温度监控的现代化监控目的。

[0037] 以上所述仪是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。