一种智能型超声清洗器的研制

　　1 引言

　　对于实验使用的各种规格试管, 光洁度是重要参数之一,清洗过程中,光洁度不能降低,必须要做到无损清洗。满足这一需求的最好方法就是采用超声波清洗。超声波清洗基于空化作用[1],即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆, 由此产生的冲击将浸没在清洗液中的被洗物内外表面的污物震落剥离下来, 比喷淋刷洗等常规清洗方法速度快,精度高,一致性也好。同时,传统的清洗方法效率低 ,易造成损伤,很难清洗一些特殊污染物,本文设计的这一智能型超声波清洗器, 能自动清洗试管污垢,且能根据污染物的特点,调节清洗参数,清洗后自动烘干,实现了无损清洗,对一些不易清洗部分,特别有效。

　　2 系统概述

　　该智能型超声波试管专用清洗器包括专用清洗槽、将电能转化为机械能的换能器、产生高频电信号的超声波发生器、烘干装置及控制系统等若干组成部分。在功能上包括,自动加入清洗液、设定清洗时间、放干清洗液,可以配置参数的人机交互界面,自动进出水装置及液面探测、烘干调节、过热保护、报警等功能。整个系统框架如图1。清洗槽和烘干支架设计在同一个箱体内,便于一批试管清洗完成后立即烘干,也适用于两批试管分别进行清洗与烘干。清洗槽内支架根据试管规格专门设计。换能器由专用胶在室温下经 24 小时通风放置,粘于不锈钢清洗槽底部,超声波发生器在控制电路控制进出水系统向清洗槽注完水之后启动换能器,即开始清洗。清洗过程中可同时启动烘干设备,调节热风大小及烘干时间,系统工作时实时检测清洗器内部温度,以防过热受损。

　　3 控制系统硬件结构

　　除机械装置外,系统的硬件结构包括了单片机控制电路,超声波发生器即换能器的驱动电路,进出水系统,及温度探测、过热保护等电路模块。

　　3.1 单片机控制电路

　　在清洗过程中,需要控制清洗时间清洗次数以及一些机械装置的动作[2],还要检测系统的温度、工作状态等参数。控制器选用了51系列单片机AT89S52,其性价比高, 速度适中, 辅以外围电路构成控制系统。控制系统原理如图2。

　　由于外部装置较多,功能电路基本模块化,控制系统必须充分利用单片机端口和片内功能。水位探测传感器和进出水阀门与控制电路组成了进出水系统,由 P1 口控制,同时,P1 口还提供超声波发生器和烘干装置的开关信号。P0,P2 口全部用于人机交互,扩展出液晶显示器和多个按键,结合外部中断由启停按键实时控制整个清洗器的工作与否。清洗过程中通过调节试管清洗支架的角度优化清洗过程。箱内温度探测器选用了单总线数字化集成传感器 DS18B20,既简化了电路,也能满足温度采集的速度要求;每秒钟通过规定的时序命令,检测机箱内部温度,当烘干时间超长或换能器工作时间过长而引起温度过高时,及时停止系统工作,进入待机状态。