一种用于水质检测的全自动化学分析仪的制作方法
【专利摘要】一种用于水质检测的全自动化学分析仪，属于检测仪器【技术领域】，其特征是：通讯芯片与单片机的串行通讯接口连接；液路控制模块与单片机的输出状态端口连接，运动控制模块与单片机的输出状态端口连接，状态监控模块与单片机的输入状态管脚相连接，单片机通过轮询扫描方式检测各管脚状态，温度检控模块经过放大器输出的模拟信号直接接入单片机的模拟信号输入管脚，同时通过单片机的数模转换管脚输出一定的模拟电压来控制温度控制模块的加温过程。有益效果是：由于单片机稳定性高，应用方便可靠，开发成本低的优点，其应用十分广泛和普及，提高仪器的工作效率，同时仅采用一片单片机，提高仪器的硬件可靠性。整改过程中不需要多个单片机之间进行通讯，避免了因通讯错误造成的仪器“死机”等故障。
【专利说明】—种用于水质检测的全自动化学分析仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于检测仪器【技术领域】，涉及一种对水中各物质成分进行分析检测仪器的改进。
【背景技术】
[0002]目前，对地表水、海水、污水、土壤溶液等物质进行定量检测和分析的仪器统称化学分析仪，它一般需要检测出水中物质的亚硝酸盐、钾离子等含量，是对物质成分进行评估的重要参考资料。化学分析仪是集当代化学、光学、化学计量和计算机技术于一体的多学科分析技术。目前国外的化学分析仪，特别是全自动化学分析仪具备多种功能且检测速度快。但其结构复杂，分析仪的售价也较高，而国内在这方面研究较少，多为半自动仪器，功能较少，实用不方便，自动化程度低。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是:提供一种用于水质检测的全自动化学分析仪，它能够高精度、全自动化地对水质进行检测。
[0004]本实用新型的技术方案是:通讯模块通过专用的通讯芯片与单片机的串行通讯接口连接；液路控制模块，与单片机的输出状态端口连接，通过单片机管脚输出控制电平，实现对液路中的电磁阀、负压泵等执行部件的控制；运动控制模块与单片机的输出状态端口连接，通过单片机管脚输出控制电平实现对电机的控制，每个电机需要两根管脚来分别控制速度和方向；状态监控模块与单片机的输入状态管脚相连接，单片机通过轮询扫描方式检测各管脚状态，主要是对仪器中的清洗液、废弃液、蒸馏水等的容量进行检测，一旦出现不足等状态仪器进行报警；模拟信号采集模块是通过单片机控制相应的模数转换芯片来采集经过光电池转换并放大后的光信号，从而实现了对多路光信号的检测；温度检控模块经过放大器输出的模拟信号直接接入单片机的模拟信号输入管脚，同时通过单片机的数模转换管脚输出一定的模拟电压来控制温度控制模块的加温过程。
[0005]本实用新型的有益效果是:全自动化学分析仪的控制难点在于为提高仪器的工作效率需要同时实现多个电机并行运行。
[0006]由于单片机稳定性高，应用方便可靠，开发成本低的优点，其应用十分广泛和普及，但单片机作为一个单机来说，由于其处理器性能的限制，在一些较大的系统中，特别是有多个运动执行部件，同时运转时往往采用多个单片机构成单片机阵列来参与控制，并且往往要求这些单片机协同工作。采用多单片机的协同工作，需要各个单片机之间进行往复的数据通讯，造成了仪器硬件资源的浪费，同时过多的通讯使得仪器的不稳定性增加。
[0007]在全自动化学分析仪中两个取样臂的同时运行对于提高仪器的工作效率最明显。在设计中采用单片机ATMEGA1280作为主控芯片，采用时间片的设计概念，将每个动作进行细，在一个定时器周期内(本发明中的时间周期为2毫秒)完成两个电机的脉冲输出、运行位置状态监控、与PC机进行通讯等工作。采用本程序设计方式能够实现两个运动部件的同时运行，提高仪器的工作效率，同时仅采用一片单片机，提高仪器的硬件可靠性。整改过程中不需要多个单片机之间进行通讯，避免了因通讯错误造成的仪器“死机”等故障。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明电路原理框图；
[0009]图2为本发明软件设计流程图；(a)为主程序执行流程(b)为执行中的一个电机的动作流程。
[0010]图3为本发明的电路原理图。I为主控单片机及外围电路；2为温度控制电路；3为电源部分；4为模数转换电路；5为通讯电路；6为电机驱动信号电路。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型做进一步描述:
[0012]一种基于单片机的全自动化学分析控制系统，包括型号为ATMEGA1280的单片机，所属单片机分布链接电源模块、温度检控模块、运动控制模块、模拟信号采集模块、仪器状态监控模块、通讯模块。
[0013]进一步的，所述的运动控制模块实现仪器的相应的运动部件的电机控制，全自动化学分析仪包括试剂样本盘、反应盘、样本臂、试剂臂、搅拌臂、清洗塔共计11个电机采用驱动器控制电机的运行。
[0014]进一步的，所述的模拟信号采集模块运用模数转换芯片实现十路模拟信号的采集。模拟信号采集模块实现仪器的各路光纤信号经过反应杯吸收后的模拟信号。经过光纤输出的单色光经过反应杯吸收后照射到对应的接收器中，接收器将光学信号转换为电流信号。
[0015]进一步的，所述的仪器状态监控模块通过单片机来检测仪器的清洗液、蒸馏水、废液桶是否有液体，并给出相应的信号。
[0016]温度测控部分包括温度的检测与温度的控制。由于温度对化学反应的影响比较大，所以在化学分析仪器的反应中对温度要求非常高，要求温度控制在37±0.2°C。在系统的硬件设计中，采用反馈法对反应温度进行精确控制。控制系统中采用热敏电阻PT100作为温度采集部件，通过PT100与其他三个精密电阻组成的结构将温度信号的改变转化为电压信号的改变，送到AD采集芯片，单片机读取AD信号通过运算与设定的目标温度进行比较，经过PID算法，计算出应该给加温部件提供的电压，从而实现了快速升温，温度一旦稳定后小幅度调整的控制目的。温度测控部分的另一功能为:仪器的试剂仓中存放的化学试齐U，为了保证试剂的长有效性需要对试剂进行制冷。温度控制在2 — 8°C。试剂仓采用帕尔贴进行制冷，采用PT100作为温度采集部件形成温度的反馈，通过PID算法实现温度的控制。
[0017]具体的实施过程为:
[0018]首先仪器初始化，主控单片机接收PC机发送过来的命令，当接收到的为状态监测命令时，单片机采集相关的状态值并发送给PC机。当接收到的执行动作命令时则单片机通过使能相应的定时器从而使程序进入到多任务模式，由于硬件资源的限制，在本发明中设置最多同时开启两任务，从而实现了两个电机同时运行。
[0019]在多任务模式下单片机在控制电机运行的同时能够并行接收通讯数据及采集其他状态信号、对仪器的温度等进行控制。当一个任务完成后单片机将任务结束命令以及相关的采集信号发送到PC机在用户界面显示出来。将测得的数据进行处理计算从而得到所需的测量数据。然后开启个任务执行相关动作。
【权利要求】
1.一种用于水质检测的全自动化学分析仪，其特征是:通讯模块通过专用的通讯芯片与单片机的串行通讯接口连接；液路控制模块与单片机的输出状态端口连接，运动控制模块与单片机的输出状态端口连接，状态监控模块与单片机的输入状态管脚相连接，单片机通过轮询扫描方式检测各管脚状态，模拟信号采集模块是通过单片机控制相应的模数转换芯片来采集经过光电池转换并放大后的光信号，实现对多路光信号的检测；温度检控模块经过放大器输出的模拟信号直接接入单片机的模拟信号输入管脚，同时通过单片机的数模转换管脚输出一定的模拟电压来控制温度控制模块的加温过程。
【文档编号】G01N35/02GK204116361SQ201420464389
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】董平, 史健松, 吴再辉, 石鑫, 贾赞东 申请人:长春星锐智能化科技有限公司