基于蠕动泵的液体容积稀释仪研究
时间：2021-01-27 16:21:43 来源：达达文档网 本文已影响 人 
权建军 丁世勇
摘要：自动稀释仪项目的研发是基于化学实验过程需要频繁进行稀释试样背景下建立的，其目的旨在将实验过程中所用到的各类液体试样的稀释过程自动化，用户只需在相应位置放入待稀释原液，RO纯水和空容器，选择稀释倍数和目标液容积，仪器会自动进行比例换算及抽取，最终完成稀释过程的自动化。
关键词：STM32;触摸屏;蠕动泵;容积稀释仪
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0148-02
0 引言
稀释指在溶液中加入溶剂，使浓度降低的一种实验室常用操作，为达到稀释的准确性，一般采用相应量程的移液管、容量瓶来进行，操作较为繁琐;有些稀释对象是强酸强碱性，人为操作过程中，存在强酸强碱液体溅出导致皮肤灼伤、衣物损坏等安全隐患;化工现场操作人员一般施行倒班制，不同人员操作手法、习惯上的不同，会影响稀释的客观性，准确性。市场亟需一款自动稀释的实验室仪器来解决上述问题[1]。
1 系统结构
本文以模块化的思想结合溶液稀释系统的功能需求，通过触摸屏，进行良好的人机交互，只需要选择稀释液体的容积、稀释比和制备容积，即可自动完成溶液的自动稀释。其结构如图1所示。
本方案中，原液和RO纯水的取液拥有各自独立的进样器，避免管道内残余液体影响稀释精度。
人机界面，采用了触摸屏，摒弃了传统的按键和LCD液晶显示器方案。微控制器模块采用了功能强大的32位STM32F103C单片机。通过程序控制，只需在触摸屏选择稀释倍率和稀释液容积，就可以实现液体稀释的自动化操作。
2 硬件设计
2.1 进样模块
蠕动泵具有独特的无密封结构、光滑的软管管腔以及能够随时正反转等特点，管道不容易发生沉积和污堵，很容易实现密封和清洗，并且更换管件也比较方便，在工作中具有很好的适应性[2]。因此样液和蒸馏水进样模块均采用了蠕动泵，通过步进电机驱动实现。
2.2 进样模块驱动电路
为了满足实验室小批量、高精度的稀释要求，原液取液模块和RO纯水取液模块都选用100-2B+TH10蠕动泵专用步进电机控制板及蠕动泵[3]。流量范围：0.006-41ml/min，适合微小流量高精度液体输送，泵头选有8滚轮。步进电机驱动分体结构，15档BCD拨码开关调速，或外控信号调速，开关量控制启停，开关量控制正反转，流量精度可达±1%，直流24V供电。
2.3 触摸屏人机交互模块
人机交互采用广州大彩公司串口触摸屏，可在PC机进行画面组态，并进行程序下载。触摸屏模块与微控制器模块通过串口通讯，实现按键和显示功能良好的人机交互。
2.4 微控制器模块[4-5]
微控制器采用型号为ARM系列嵌入式处理器STM32 F103C，工作主频高达72MHz，能够满足实时响应的需要;集成有串行接口，方便与外界主机通信;拥有多个IO口和定时器，方便对多个步进电机进行控制;拥有128KB的Flash和高达20KB的SRAM。该控制器外设接口丰富，可扩展性强;成本较低，使用便捷。
3 程序设计
程序分为触摸屏程序和STM32微控制器程序。
3.1 触摸屏程序设计
大彩触摸屏提供了丰富的串口屏指令集，可进行按钮操作、文本输入、菜单选择、图形、进度条、动画等功能实现，实现良好的人机交互。大彩公司提供了VisualTFT开发软件，通过“虚拟串口屏”可方便程序调试。可通过Keil开发环境与“虚拟串口屏”进行绑定Debug调试，从而大大节省开发时间。工程下载到屏内后，一旦按下画面某个按钮，用户MCU串口就会收到屏幕上传的按钮ID信息或坐标值。通过解析，用户即可获取当前按钮的画面位置和功能属性，这样就可以控制相关外围设备动作或画面更新显示。
3.2 STM32微控制器程序
STM32微控制器有强大的运算能力，可实时监测样液进样容积和蒸馏水的进样容积，通过触摸屏和STM32微控制器的串口通讯，可以获取按键和输入数据、菜单选择信息，也可以发送提示信息，实现液体容积稀释自动化。
微控制器程序流程图[6]如图2所示。
4 结语
根据化学实验需求，采用STM32F103C单片機、触摸屏和蠕动泵，实现了液体容积稀释仪。满足了实验室液体稀释的基本需求。
参考文献
[1] 黄楷伦.高精度自动化溶液制备系统的设计与实现[D].长春：东北师范大学，2017.
[2] 王道臣.蠕动泵流量的理论计算与试验验证[J].化工自动化及仪表，2015（2）：186-187.
[3] 李长有.基于STM32F4的智能配液机设计与实现[J].中国医疗设备，2019（1）：30-33.
[4] 牛宗超.基于STM32的步进电机控制器设计[J].电子世界，2016（12）：141.
[5] 许金.ARM处理器的蠕动泵步进电机细分驱动系统[J].单片机与嵌入式应用，2015（9）：38-41.
[6] 陈安斌.蠕动泵控制软件的设计及应用[J].实验科学与技术，2010（06）：44-46.
