具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

下面结合附图描述本申请的实施例。

图1是根据本申请实施例的细胞培养舱室单元的分解透视图，图2是根据本申请实施例的细胞培养舱室单元组装后的剖面透视图，图3是根据本申请实施例的细胞培养舱室单元的横截面图。

如图1-3所示，根据本申请的实施例，提供一种细胞培养舱室单元100。根据本申请实施例的细胞培养舱室单元100包括下壳体110、上壳体120、铰链130、培养皿托板140、第一电加热片150a、第二电加热片150b、第一导热板160a、第二导热板160b以及混合气体分布器(未示出)。下面分别进行描述。

首先，下壳体110可包括底面以及从底面的边缘向上垂直延伸的侧壁，以形成开口向上的器皿形状。下壳体110的底面形状和面积可根据细胞培养舱室单元培养细胞的实际需要进行选择。例如，底面形状可为矩形、正方形、圆形或椭圆形形状，底面的面积能最终适合培养皿的需要而定。下壳体110的材料可包括医用不锈钢，例如，不锈钢316。

其次，上壳体120可包括与下壳体110的底面对应的顶面以及从顶面向下垂直延伸的侧壁，以形成开口向下的器皿形状。上壳体120与下壳体110具有对应的形状和大小，从而上壳体120的开口与下壳体110的开口也具有对应的形状和大小，以便于二者之间的吻合。上壳体120的材料可包括医用不锈钢，例如，不锈钢316。

再者，铰链130可设置在下壳体110的一个侧壁和上壳体120的对应侧壁之间，以形成上壳体120相对于下壳体110铰链连接。因此，通过铰链130连接的上壳体120和下壳体110形成可开关的箱体。当上壳体120和下壳体110闭合时，二者形成密闭的箱体；当上壳体120打开时，用户可将物件放入箱体中或者从箱体中取出物件。

下面，结合图1-3描述箱体内容纳的其它特征。

首先，培养皿托板140可与下壳体110的底面平行地容放在下壳体110内，包括至少一个培养皿容纳孔。至少一个培养皿容纳孔可根据细胞培养的实际需要自由选择。例如，当每次细胞培养只需要一个培养皿时，培养皿托板140可仅设置一个培养皿容纳孔。当每次细胞培养需要两个培养皿时，培养皿托板140可设置两个培养皿容纳孔。以此类推。本发明申请的发明人考虑细胞培养中的实际情况，推荐设置为1-4个培养皿容纳孔，优选为2-4个培养皿容纳孔，更优选为均布的4个培养皿容纳孔。4个培养皿容纳孔可满足目前同批次细胞培养的实际需要。另外，虽然培养皿托板140设有4个培养皿容纳孔，但是也完全可以满足一个批次培养一个、两个、三个培养样品的各种需要。当培养皿托板140设有2-4个培养皿容纳孔时，优选2-4个培养皿容纳孔均布在培养皿托板140内，分别成一字型、三角形和四边形。培养皿容纳孔的形状可根据培养皿的形状而定，例如，可为矩形、正方形、三角形、圆形，或者也可为这些形状两个、三个或四个的组合。例如，四个培养皿容纳孔分别具有矩形、正方形、三角形和圆形的形状。培养皿托板140的材料可包括医用不锈钢，例如，不锈钢316。

其次，第一电加热片150a可与上壳体120的顶面平行地设置在上壳体120内；第二电加热片150b可与下壳体110的底面平行地设置在下壳体110内，位于培养皿托板140与下壳体110的底面之间。第一电加热片150a和第二电加热片150b可为功率相同的电加热片，例如电阻加热片，由诸如24V电压的直流系统电源分别为其每一个供电。对第一电加热片150a和第二电加热片150b的供电由培养箱的控制系统控制。培养箱的控制系统如何单独控制每个电加热片将在后面详细描述。如图2所示，为了加热细菌培养舱室单元的侧壁，第一电加热片150a可沿着细胞培养舱室单元的侧壁向下延伸，并且第二电加热片150b可沿着细胞培养舱室单元的侧壁向上延伸。

再者，第一导热板160a可设置在上壳体120内，位于第一电加热片150a远离上壳体120的顶面的一侧，以将第一电加热片150a产生的热量均匀地传导至培养皿顶部。第二导热板160b可设置在下壳体110内，位于第二电加热片150b和培养皿托架之间，以将第二电加热片150b产生的热量均匀地传导至培养皿底部。第一导热板160a和第二导热板160b的材料可包括铝、铜或其合金等导热性良好的材料。第一导热板160a和第二导热板160b的形状和大小分别与第一电加热片150a和第二电加热片150b相对应。

接下来，尽管图1-3中没有示出，但是细胞培养舱室单元中包括混合气体分布器，其可为培养皿均匀地分布混合气体以创造预定模拟活体环境的氛围。当上壳体120与下壳体110扣合时，它们的侧壁彼此相对且二者之间通过气密密封封闭。因此，在细胞培养舱室单元中形成预定模拟活体环境的氛围。

接下来，如图1-3所示，根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括采控电路板170，位于第二电加热片150b之下，用于采集细胞培养舱室单元100内的环境信息且输出相应的信号至上位机。此外，细胞培养舱室单元100还可包括设置在采控电路板170与第二电加热片150b之间的隔离支柱171，隔离支柱171可为均布的4个，如图1所示分别位于采控电路板170的4个拐角处，以限定采控电路板170与第二电加热片150b之间的间隔。但本申请的实施例不限于此，而是隔离支柱171可为6个或8个或10个，均布在采控电路板170的边缘周围。

接下来，如图1-3所示，根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括设置在下壳体110的底面上的舱体压片111，舱体压片111用于支撑且限位采控电路板170。

接下来，如图1-3所示，根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括信号指示模块。信号指示模块包括位于第一电加热片150a与上壳体120的顶面之间信号指示灯181，以通过顶面的导光块182向外发出灯光信号。信号指示灯181可具有两种颜色指示，当细胞培养舱室单元100的上壳体120与下壳体110密闭时为一种颜色指示，当细胞培养舱室单元100的上壳体120与下壳体110分开时为另一种颜色指示。或者，信号指示灯181可具有三种颜色指示，当细胞培养舱室单元100的上壳体120与下壳体110密闭时为一种颜色指示，当细胞培养舱室单元100的上壳体120与下壳体110分开时为另一种颜色指示，当发生故障时为再一种颜色指示。

接下来，如图1-3所示，根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括压紧上壳体120和下壳体110的锁定机构190。锁定机构190可包括可拆卸连接上壳体120与下壳体110的压紧旋钮。或者，尽管图1中没有示出，但是锁定机构190可包括可拆卸连接上壳体120与下壳体110的卡扣。

尽管图1-3中没有示出，但是根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括分别设置在培养皿托板140上的温度传感器，温度传感器将所感应的温度信号输出到上位机。温度传感器可为免校准高精度温度传感器TMP116或TMP117。另外，上壳体120的顶面、第一电加热片150a和第一导热板160a可分别包括作为自对准限位的几何中心孔，温度传感器可拆卸地插设在该几何中心孔中；下壳体110的底面、第二电加热片150b、第二导热板160b可分别包括作为自对准限位的几何中心孔，温度传感器可拆卸地插设在该几何中心孔中。

根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元还可包括设置在培养皿托板140上的PH传感器，PH传感器将所感应的PH信号输出到上位机。

同样，尽管图1-3中没有示出，但是根据本申请的实施例，细胞培养舱室单元100还可包括设置在培养皿托板140上的压力传感器，压力传感器将所感应的压力信号输出到上位机。

同样，尽管图1-3中没有示出，但是根据本申请的实施例，混合气体分布器的开口向上，以避免直接吹到培养皿中的样本。混合气体分布器的气源管路可包括快速连接接口，以适应人工或机器人进行整体拆卸和更换。

根据本申请的实施例，上壳体120的顶面和下壳体110的底面的形状可包括圆形、椭圆形、矩形、正方形。

这里所说的上位机是指细胞培养箱的控制系统，这将在后面详细描述。

下面，将描述根据本申请实施例的细胞培养箱的实施例。

图4是根据本申请实施例的细胞培养箱的分解透视图，图5是根据本申请实施例的细胞培养箱组装后的透视图，图6是根据本申请实施例的细胞培养箱的俯视截面图，图7是示出根据本申请实施例的细胞培养箱的气体混合组件的分解透视图。

如图4-7所示，根据本申请的实施例，提供一种细胞培养箱200。细胞培养箱200包括底部安装板210、气体混合组件220、气路分气排230、集成电路板240、培养舱安装板250和多个细胞培养舱室单元(图4-7中未示出)。下面，将分别详细描述。

首先，底部安装板210具有底面以及从底面的边缘向上等距离延伸的侧壁，以形成具有顶部开口的器皿形状。底部安装板210是细胞培养箱200的底座或底盘，其内可容纳细胞培养箱200的大部分零部件。底部安装板210的材料可包括钢铁、铝、工业塑料、不锈钢，例如，不锈钢304。

其次，气体混合组件220可设置在底部安装板210上，用于混合和过滤细胞培养箱200所需的气体。如图7所示，气体混合组件220包括设置在底部安装板210上的气体混合组件和设置在底部安装板210之外的过滤器。过滤器用于过滤混合气体中的杂质，因为体积较大以及为了清洗上的方便，过滤器设置在底部安装板210之外。但本申请的实施例不限于此，而是过滤器可集成在底部安装板210之内。另外，根据需要，也可将全部的气体混合组件220设置于底部安装板210之外而另成体系。

再者，气路分气排230可设置在气体混合组件220之上，接收来自气体混合组件220的混合气体，并且将混合气体按设定要求分配至指定位置。

接下来，集成电路板240可设置在气路分气排230之上，用于采集混合气体的分配信号，并且与上位机通信。

接下来，培养舱安装板250可包括多个凹槽，设置在集成电路板之上。多个细胞培养舱室单元可设置在培养舱安装板250的多个凹槽中。多个细胞培养舱室单元的每一个可为如上参考图1-3描述的细胞培养舱室单元100，因此在此不再赘述。

需要注意的是，气路分气排230与多个细胞培养舱室单元的每一个可控地流体相通。气路分气排230通过气管231连接到多个细胞培养舱室单元的每一个。集成电路板240对多个细胞培养舱室单元的每一个的供气参数等进行单独监测，并实时输出监测信号至上位机，以对多个细胞培养舱室单元的每一个进行单独控制。

根据本申请的实施例，混合气体可为具有预定配比的二氧化碳、氧气和氮气的混合物。

根据本申请的实施例，培养舱安装板250的多个凹槽排列成阵列，例如，2X4-10阵列、3X4-10阵列、4X4-10阵列。如图4和5所示，优选地，培养舱安装板250的多个凹槽排列成的阵列可为4X4或4X8。

根据本申请的实施例，细胞培养箱200还可包括与气源连接的进气孔和与回收装置连接的出气孔。或者进气孔与出气孔可合并使用，即进出气孔260。气源可为二氧化碳、氧气和氮气的气瓶(未示出)。

根据本申请的实施例，细胞培养箱200还可包括设置在气路分气排230一侧的信号采集电路板241，信号采集电路板241与上位机电连接。

根据本申请的实施例，细胞培养箱200还可包括信号输入输出端口242，并且集成电路板240和信号采集电路板241通过信号输入输出端口242与上位机电连接。

根据本申请的实施例，细胞培养箱200还可包括设置在底部安装板的侧壁上的供电电源270，供电电源270用于为细胞培养箱200的蓄电电源271充电。蓄电电源271可为24伏特直流电源。

根据本申请的实施例，进气孔和出气孔包括与气源流体相通的快接接头。二氧化碳气源、氧气气源和氮气气源的每一个都应当是两个气瓶，一个工作，另一个备用，二者之间通过自动切换阀彼此连接，自动切换阀可为机械自动切换阀，也可为电动自动切换阀。尽管如此，但是为了保险起见，也要在自动切换的成功或失败后发出警报，以提示用户更换压力不足的气瓶或者进行人工切换与更换。因此，为了保证细胞培养箱的正常运行，供气管路和进出气口都应采用快速连接方式，设置必要的快接接头。

同样，根据本申请的实施例，输入输出端口可包括快速接插插头。除了下面将详细描述的双机容错控制来保证细胞培养箱的安全外，在电控的硬件部分，例如输入输出端口，均采用快速插接接头，以便保证快速的人工切换和更换，从而全方位确保细胞培养箱的安全运行和可靠性。

此外，如图7所示，根据本申请实施例的细胞培养箱200还可包括前面板280和上保护壳281。前面板280上可设有显示屏282。显示屏282可与上位机通信，并且显示用户所需的各种信息。因此，显示屏282可为触摸屏，以实现人机交互。尽管图中没有详细示出，但是上保护壳281上可开设透明的观察窗口。再者，上保护壳281可包括气动顶起和定位锁定装置。

下面，将结合图8描述根据本申请实施例的细胞培养箱的控制系统。

图8是根据本申请实施例的细胞培养箱的控制系统的示意图。

如图8所示，根据本申请的实施例，提供一种细胞培养箱的控制系统。细胞培养箱的控制系统包括第一CPU、第二CPU、第一隔离驱动IC、第二隔离驱动IC、舱室控制单元和舱室控制单元

第一CPU，也称为第一中央处理器或者A系处理器或主处理器，可通过串行总线与细胞培养箱电连接，并且从细胞培养箱接收信号以及向其输出信号。

第二CPU，也称为第二中央处理器或者B系处理器或备处理器，可通过串行总线与细胞培养箱连接，并且从细胞培养箱接收信号以及向其输出信号。第二CPU可与第一CPU相同，二者并联连接且彼此交替运行。

根据本申请的实施例，第一CPU和第二CPU二者均可为STM32F429IGT6，并且STM32F429IGT6主控芯片外置地址。但本申请不限于此，而是也可采用功能类似的其它CPU。

第一隔离驱动IC，也称为第一隔离驱动集成电路或A系集成电路或A系隔离驱动IC，与第一CPU信号隔离，并且二者之间通过串行总线彼此连接。

第二隔离驱动IC，也称为第二隔离驱动集成电路或B系集成电路或B系隔离驱动IC，与第二CPU信号隔离，并且二者之间通过串行总线彼此连接。

根据本申请的实施例，第一隔离驱动IC驱动第一CPU占用串行总线而使其处于工作状态，并且第二CPU保持高阻状态。或者，第二隔离驱动IC驱动第二CPU占用串行总线而使其处于工作状态，并且第一CPU保持高阻状态。

根据本申请的实施例，第一隔离驱动IC和第二隔离驱动IC可包括过电流保护，当第一隔离驱动IC或第二隔离驱动IC将停止其所驱动的第一CPU或第二CPU停止工作。第一隔离驱动IC和第二隔离驱动IC之间可通过串行总线彼此交互非参数运行状态，当第一隔离驱动IC停止其所驱动的第一CPU工作时，第二隔离驱动IC驱动第二CPU工作。或者，第一隔离驱动IC和第二隔离驱动IC之间可通过串行总线彼此交互非参数运行状态，当第二隔离驱动IC停止其所驱动的第二CPU工作时，第一隔离驱动IC驱动第一CPU工作。

舱室控制单元可通过串行总线分别与第一隔离驱动IC和第二隔离驱动IC连接，包括：PID控制单元、加热片驱动电路、热敏电阻、红绿蓝发光二极管(RGB_LED)控制电路、门控开关。加热片采用PWM调制方式控制加热温度，并且通过PT1000采集温度而实现温度闭环PID控制。

根据本申请的实施例，串行总线可为485总线或CAN总线，一个485总线可挂八片360控制芯片。

根据本申请的实施例，细胞培养箱的控制系统还可包括第一电源或C电源模块，第一电源通过电压电流监测与开关装置与舱室控制单元的加热片驱动电路电连接。第一电源可为24伏特直流电源。电压电流监测与开关装置与第一隔离驱动IC和第二隔离驱动IC连接，并根据第一隔离驱动IC或第二隔离驱动IC的指令而导通或截止。

根据本申请的实施例，细胞培养箱的控制系统还可包括第二电源或A电源模块和第三电源或B电源模块，第二电源和第三电源分别为第一CPU和第二CPU的单独供电电源。第二电源和第三电源可为5伏特转3.3伏特直流电源。

根据本申请的实施例，舱室控制单元的PID控制单元可为ADCM360温度PID调节。ADCM360温度PID调节可实现对温度的比例、微分、积分等所需的算法。

根据本申请的实施例，细胞培养箱的每个细胞培养舱室单元都可包括独立的供电、温度采集和控制、PH值检测、开关检测、状态的控制以及报警输出，并且细胞培养箱的控制系统可分别对细胞培养箱的每个细胞培养舱室单元单独控制。当细胞培养箱的某个细胞培养舱室单元不工作时，细胞培养箱的控制系统可发出报警信号以提示值班人员及时通过插拔更换该细胞培养舱室单元。

与现有技术相比，根据本申请的细胞培养舱室单元、细胞培养箱和细胞培养箱的控制系统至少可实现如下有益效果：

根据本申请实施例的细胞培养舱室单元是一个独立的密闭单元，在培养皿的上方和下方分别设有第一电加热片和第二电加热片，并且分别通过第一导热板和第二导热板进行加热。第一电加热片和第二电加热片是分别通过上位机独立控制的，从而避免培养皿周围任何部位的过热或温度过低。第一导热板和第二导热板即可起到对培养皿传导热量的作用，也可起到对来自电加热片的热量均匀分布的作用。与现有技术的细胞培养箱相比，根据本申请实施例的细胞培养舱室单元相对较大，并且在培养皿托板上开设至少一个培养皿容纳孔，优选3-4个培养皿容纳孔，于是在每个细胞培养舱室单元内可容纳3-4个培养皿。这样，可在一次细胞培养中，同时在一个细胞培养舱室单元内进行3-4个细胞样品的培养，这大大提高了细胞培养能力。再者，每个细胞培养舱室单元都配备有单独的以及压力和温度传感器等，因此，每个细胞培养舱室单元都可与上位机单独通信，并且得到上位机相应的温度和压力阈值控制。

根据本申请实施例的细胞培养箱包括多个细胞培养舱室单元，例如，当细胞培养箱包括4X8＝32个细胞培养舱室单元时，因为每个细胞培养舱室单元可单独运行和控制，所以，如果每个细胞培养舱室单元培养同一种细胞，则可同时培养32种细胞，接近一个细胞实验室的培养能力；如果各细胞培养舱室单元的每个培养皿中培养不同的细胞，则可同时培养32组细胞；如果每个细胞培养舱室单元包括4个培养皿，则可同时培养128种细胞。因为根据本申请实施例的细胞培养箱包括气路分气排以及控制气路分气排的集成电路板，并且集成电路板与每个细胞培养舱室单元对应的电路板模块，所以根据本申请实施例的细胞培养箱的每个细胞培养舱室单元可在电路板模块和上位机的控制下单独供气，因此保证每个细胞培养舱室单元在不同的工况下稳定运行。

根据本申请实施例的细胞培养箱的控制系统，包括并联连接的两个CPU，即第一CPU和第二CPU。双系CPU互为冗余，通讯总线实现冗余切换以及舱室控制模块化设计提升传统桌面培养箱的安全可靠性。首先通过引入在线主备冗余设计，系统可靠性不再简单依靠控制板器件可靠性单块控制芯片出现故障不会影响整机的正常工作，当发生错误时以告警的方式及时通知用户；通过单个舱室模块的插拔设计，提升了培养箱的可靠性与可维护性，使得单个培养模块故障不会导致整机停机维护；485总线通信的方式可以保证系统方便的扩展。单个模块故障可以通过插拔的方式方便的维护；冗余系统的设计可以使培养箱整机获得更高的安全可靠性；通过485总线(CAN)连接方式，可以使得培养箱通信更容易扩展。单个模块故障可以通过插拔的方式方便的维护；冗余系统的设计可以使培养箱整机获得更高的安全可靠性；通过485总线(CAN)连接方式，可以使得培养箱通信更容易扩展。舱室控制模块化设计，使控制板通过接插件的方式挂载在供电总线和通信总线上，任意一个坏了都不影响其它的舱室运行，由于采用模块化的设计，使得每一个舱室的状态，例如温度(包括上下盖的温度)、温度控制曲线，都可以采用单独的控制算法。

以上所述仅是本申请的示范性实施方式，而非用于限制本申请的保护范围，本申请的保护范围由所附的权利要求确定。