權(quán)建軍 丁世勇

摘要：自動稀釋儀項目的研發(fā)是基于化學實驗過程需要頻繁進行稀釋試樣背景下建立的，其目的旨在將實驗過程中所用到的各類液體試樣的稀釋過程自動化，用戶只需在相應(yīng)位置放入待稀釋原液，RO純水和空容器，選擇稀釋倍數(shù)和目標液容積，儀器會自動進行比例換算及抽取，最終完成稀釋過程的自動化。

關(guān)鍵詞：STM32;觸摸屏;蠕動泵;容積稀釋儀

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0148-02

0 引言

稀釋指在溶液中加入溶劑，使?jié)舛冉档偷囊环N實驗室常用操作，為達到稀釋的準確性，一般采用相應(yīng)量程的移液管、容量瓶來進行，操作較為繁瑣;有些稀釋對象是強酸強堿性，人為操作過程中，存在強酸強堿液體濺出導致皮膚灼傷、衣物損壞等安全隱患;化工現(xiàn)場操作人員一般施行倒班制，不同人員操作手法、習慣上的不同，會影響稀釋的客觀性，準確性。市場亟需一款自動稀釋的實驗室儀器來解決上述問題[1]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以模塊化的思想結(jié)合溶液稀釋系統(tǒng)的功能需求，通過觸摸屏，進行良好的人機交互，只需要選擇稀釋液體的容積、稀釋比和制備容積，即可自動完成溶液的自動稀釋。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本方案中，原液和RO純水的取液擁有各自獨立的進樣器，避免管道內(nèi)殘余液體影響稀釋精度。

人機界面，采用了觸摸屏，摒棄了傳統(tǒng)的按鍵和LCD液晶顯示器方案。微控制器模塊采用了功能強大的32位STM32F103C單片機。通過程序控制，只需在觸摸屏選擇稀釋倍率和稀釋液容積，就可以實現(xiàn)液體稀釋的自動化操作。

2 硬件設(shè)計

2.1 進樣模塊

蠕動泵具有獨特的無密封結(jié)構(gòu)、光滑的軟管管腔以及能夠隨時正反轉(zhuǎn)等特點，管道不容易發(fā)生沉積和污堵，很容易實現(xiàn)密封和清洗，并且更換管件也比較方便，在工作中具有很好的適應(yīng)性[2]。因此樣液和蒸餾水進樣模塊均采用了蠕動泵，通過步進電機驅(qū)動實現(xiàn)。

2.2 進樣模塊驅(qū)動電路

為了滿足實驗室小批量、高精度的稀釋要求，原液取液模塊和RO純水取液模塊都選用100-2B+TH10蠕動泵專用步進電機控制板及蠕動泵[3]。流量范圍：0.006-41ml/min，適合微小流量高精度液體輸送，泵頭選有8滾輪。步進電機驅(qū)動分體結(jié)構(gòu)，15檔BCD撥碼開關(guān)調(diào)速，或外控信號調(diào)速，開關(guān)量控制啟停，開關(guān)量控制正反轉(zhuǎn)，流量精度可達±1%，直流24V供電。

2.3 觸摸屏人機交互模塊

人機交互采用廣州大彩公司串口觸摸屏，可在PC機進行畫面組態(tài)，并進行程序下載。觸摸屏模塊與微控制器模塊通過串口通訊，實現(xiàn)按鍵和顯示功能良好的人機交互。

2.4 微控制器模塊[4-5]

微控制器采用型號為ARM系列嵌入式處理器STM32 F103C，工作主頻高達72MHz，能夠滿足實時響應(yīng)的需要;集成有串行接口，方便與外界主機通信;擁有多個IO口和定時器，方便對多個步進電機進行控制;擁有128KB的Flash和高達20KB的SRAM。該控制器外設(shè)接口豐富，可擴展性強;成本較低，使用便捷。

3 程序設(shè)計

程序分為觸摸屏程序和STM32微控制器程序。

3.1 觸摸屏程序設(shè)計

大彩觸摸屏提供了豐富的串口屏指令集，可進行按鈕操作、文本輸入、菜單選擇、圖形、進度條、動畫等功能實現(xiàn)，實現(xiàn)良好的人機交互。大彩公司提供了VisualTFT開發(fā)軟件，通過“虛擬串口屏”可方便程序調(diào)試。可通過Keil開發(fā)環(huán)境與“虛擬串口屏”進行綁定Debug調(diào)試，從而大大節(jié)省開發(fā)時間。工程下載到屏內(nèi)后，一旦按下畫面某個按鈕，用戶MCU串口就會收到屏幕上傳的按鈕ID信息或坐標值。通過解析，用戶即可獲取當前按鈕的畫面位置和功能屬性，這樣就可以控制相關(guān)外圍設(shè)備動作或畫面更新顯示。

3.2 STM32微控制器程序

STM32微控制器有強大的運算能力，可實時監(jiān)測樣液進樣容積和蒸餾水的進樣容積，通過觸摸屏和STM32微控制器的串口通訊，可以獲取按鍵和輸入數(shù)據(jù)、菜單選擇信息，也可以發(fā)送提示信息，實現(xiàn)液體容積稀釋自動化。

微控制器程序流程圖[6]如圖2所示。

4 結(jié)語

根據(jù)化學實驗需求，采用STM32F103C單片機、觸摸屏和蠕動泵，實現(xiàn)了液體容積稀釋儀。滿足了實驗室液體稀釋的基本需求。

參考文獻

[1] 黃楷倫.高精度自動化溶液制備系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春：東北師范大學，2017.

[2] 王道臣.蠕動泵流量的理論計算與試驗驗證[J].化工自動化及儀表，2015（2）：186-187.

[3] 李長有.基于STM32F4的智能配液機設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2019（1）：30-33.

[4] 牛宗超.基于STM32的步進電機控制器設(shè)計[J].電子世界，2016（12）：141.

[5] 許金.ARM處理器的蠕動泵步進電機細分驅(qū)動系統(tǒng)[J].單片機與嵌入式應(yīng)用，2015（9）：38-41.

[6] 陳安斌.蠕動泵控制軟件的設(shè)計及應(yīng)用[J].實驗科學與技術(shù)，2010（06）：44-46.