定量泵的研究与应用

    本文介绍了一种高精度的定量泵,实现各种药液的定量计量,从而达到自动滴定、自动分析的目的。同时,是对嵌入式系统开发的一次尝试。微量流量的定量计量有着广泛的应用,如注射器的自动控制、科学化验中微量药品的注入及在一些对人体有害环境的应用等。近年来,美、日、德等国家相继推出了多种用于智能定量计量的仪器,我国目前有少数厂校联合、厂研联合单位也研制出了少数相应的仪器用于流体的定量泵,较多的采用容积式柱塞定量和非柱塞往复式的容积泵。现在已有采用单螺旋杆泵用转速调整的方法作为定量泵使用。

    1　定量泵的控制原理

    定量泵的运行由步进电机通过传动装置来控制的,步进电机在整个定量泵控制系统中起着至关重要的作用。步进电机是一种将电脉冲信号转化成角位移或直线位移的电磁机械装置,步进电机的性能与脉冲驱动器电源有很大关系,一般的脉冲驱动电源是指与步进电机有密切关系的部分,在这里称为驱动电源。它的基本功能有:按照一定的顺序及频率接通和断开步进电机的控制绕组,使步进电机按要求启动、运转和停止;供给步进电机以足够的功率,使其能带动负载;提高电动机的快速性和平稳性。含有细分驱动电路的驱动电源可以大大提高步进电机运动的精确性。定量泵机械结构如图1所示。

    定量泵控制系统的原理:由单片机发出脉冲序列,经过驱动电源放大后,驱动步进电机旋转过一个角度。由于定量泵的活塞是通过丝杠与步进电机连接在一起的,从而使步进电机的圆周运动转化为定量泵活塞的直线位移。通过改变脉冲序列的方向就可使步进电机反相旋转,从而带动定量泵的活塞反向移动。通过脉冲序列方向的改变,使定量泵的活塞来回往复运动。前进时,定量泵中的药液被推出,后退时定量泵吸入药液。吸入和排出药液的速度可以通过改变脉冲序列的频率来实现。单片机可以通过对行程开关状态的检测来判断定量泵中溶剂的空、满,进而操纵步进电机的运行状态。

    2　定量泵控制系统的硬件设计

    根据系统要完成的功能,系统的硬件分为以下几个模块:微控制器模块、输入输出模块、步进电机控制模块、状态检测模块、看门狗模块、电源模块等。

    微控制器是系统不可缺少的核心部件。本系统选用80C52作为系统的微控制器。在微控制器部分涉及到CPU时钟、总线扩展、存储器扩展、并口扩展等问题。

    下面将对系统硬件设计中的重点内容作详细分析。

    (1)LCD显示器接口电路设计

    本系统中使用了LJD-Ⅳ中文液晶显示器。LJD中文模块液晶显示器内含GB 2312 16×16点阵一级简体汉字库和ASCII 8×8点阵英文字库,用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。LJD中文液晶显示器同时为用户提供位点阵和字节点阵两种图形显示功能,用户可以在指定的屏幕位置上以位为单位或以字节为单位进行图形显示。用户还可以清除或上/下/左/右/移动当前屏幕。所有的用户接口命令都是高级语言格式,实现字符显示、ASCII字符显示、图形显示和屏幕控制等功能。为了使液晶显示模块正常工作在使用时用软件模拟出ASK/ANSWER的工作时序。硬件系统结构如图2所示。