分析仪器自动进样系统设计

摘要

本课题中维生素检测仪是基于电化学法维生素检测原理的分析仪器平台。自动进样器是将待检测物放入仪器，设置进样参数后即可自动完成检测的仪器，具有智能化和自动化的特点。当前很多仪器公司的现有产品，不是检测技术不高，检测结果不精确，而是和检测仪器发展的自动化、智能化大方向相去甚远。测量过程中需人工值守，手工换样，实验重复环节多，测量时间长，效率较低。需要对现有检测仪器进行自动化改造，用自动进样代替手工换样，人工值守。受到我国“分级诊疗”政策的影响，分析仪器的普及程度会越来越高。研发基于电化学的维生素分析仪的自动进样系统具有重要的市场价值和现实意义。 本课题采取主从多机通讯的系统架构，上位机系统使用基于Linux系统的ARM嵌入式为核心，主要功能是人机交互图形界面的显示、采集数据的存储、报告打印等管理工作。下位机系统分为采样系统和进样系统，分别完成数据采样和仪器控制的功能。这种系统架构可以使管理工作、控制功能、数据采集三者独立工作、互不影响。上、下位机的通讯方式为RS485标准协议。 下位机运动控制模块中移动副的运动使用是步进电机，虽然具有控制简单、无累积误差等优点，但是步进电机直接以较高速度启动或者停止时，由于电机的惯性原因，可能会发生失步或者过冲，本文使用S型曲线加减速控制算法，目的是使步进电机分级加减速运动，解决步进电机失步或者过冲的问题的同时，也能降低运动机构的柔性冲击，减少仪器运动部件的损耗，延长仪器使用寿命;为了实现恒速搅拌模块，需要对微电机进行很好的控制，以PID经典控制算法得到的结果为基本思考，通过引入二维模糊控制理论对数据进行优化，以达到对PID控制参数的在线整定。借助MATLAB软件提供的模糊控制工具箱实现对模糊PID控制器的设计。恒速搅拌模块中微电机的速度检测是模糊PID转速调节的必要环节，电机转速的误差将会直接影响到调速系统的准确度，因此恒速搅拌模块中使用T型微电机测速算法，根据算法原理，该算法相对于其他测速算法对低速段的测速更加精确。本系统中使用了S型曲线调速算法、T法微电机测速算法和模糊PID调速算法即保证运行的稳定性，同时又满足数据采集精度的要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1．1课题研究背景

1．1．2课题研究意义和内容

1．2课题研究发展现状

1．2．1国外发展现状分析

1．2．2国内发展现状分析

1．3本文研究内容与结构安排

1．4本章小结

2 自动进样系统的总体结构和工作原理

2．1检测原理介绍

2．1．1电化学检测

2．2总体结构方案设计

2．3 自动进样系统的工作原理

2．4分析仪器自动进样系统的设计要求及技术标准

2．4．1自动进样系统的基本要求

2．4．2系统的主要技术指标

2．5本章小结

3自动进样系统架构和硬件设计

3．1系统架构设计

3．2．1直流微电机测控调速电路设计

3．2．2数据采集AD转换电路

3．3下位机主控芯片及外部设备电路的设计

3．4 PCB设计

3．5本章小结

4下位机控制系统的软件设计

4．1运动控制模块程序设计

4．1．1 S型曲线加减速算法原理

4．1．2 S曲线加减速算法的程序实现

4．2．1模糊PID控制

4．2．2基于T法的微电机测速算法

4．3精确定位程序设计

4．3．1线性霍尔检测原理

4．4本章小结

5系统通讯设计和上位机管理系统设计

5．1通讯方案设计

5．1．2通讯协议方案设计

5．1．3通讯协议定制

5．2上位机软件程序设计

5．3本章小结

6 自动进样系统实验及数据分析

6．1仪器运行情况

6．2精确定位系统的精确度测试与分析

6．3采集模块性能验证

6．4 EMC检测

6．5本章小结

7结论

7．1全文总结

7．2论文的创新点

7．3论文的不足之处

参考文献

9攻读硕士学位期间发表论文t青况

致谢

附录