一种基于ARM 单片机实现液体自动抽取的系统、控制方法和应用技术方案

本发明专利技术涉及一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统、控制方法和应用，包括上位机、主控制器、执行模块及通讯模块，主控制器通过通讯模块分别连接上位机及执行模块；主控制器通过通讯模块与上位机进行数据交换，接收上位机的指令，并将执行模块的数据上传至上位机；主控制器通过通讯模块与执行模块进行数据交换，通过接收的上位机的指令，对执行模块进行参数设定，控制执行模块运行；读取执行模块当前位置、运行状态，即所述执行模块的数据。本发明专利技术实现液体自动抽取和灌注，保证注射器中始终有液体，实现微球连续稳定制备。所有的运行参数可以通过电脑进行监视和给定。全程无需人为干预，并能对运行过程中的运行参数进行记录。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统、控制方法和应用，尤其涉及在全自动微球连续制备系统中的应用，属于微流控液滴

技术介绍
微球相对于传统的材料具有颗粒小、比表面积大、流动性好等独特的优点，另外，微球在药物释放方面具有低毒、高效、缓释、长效的特性，对提高药物利用率有重要的意义，目前已成为生长因子、抗生素、抗癌药物的理想载体，备受关注。微流控液滴技术一般是指将两种不相融的流体作为分散相和连续相分别通入微流控芯片，对进入微通道的流体进行精确操控，从而实现液滴的生成、输运、合并等功能，液滴生成后可原位固化形成微球。微流控液滴技术是近年发展起来的制备微球的新方法，较之常规的微球制备方法，利用微流控液滴技术制备的微球尺寸均一、粒径可控、球形度高。但现有利用微流控液滴技术制备微球的装置是利用不同规格的注射器与微流控芯片相连，通过推动注射器来驱动流体进入微流控芯片，如图1所示，实现液滴的生成及原位固化。现有装置的缺点是微球产量受注射器容量影响很大，注射器内的样品耗尽即微球制备停止，必须手动向注射器内添加样品才能继续制备微球，无法长期连续稳定的工作，不能实现连续自动批量化生产，制备过程中需要全程人为干预。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统；本专利技术还提供了上述系统的工作方法及在全自动微球连续制备系统中的应用。本专利技术通过主控制器控制注射器和切换阀实现样品自动抽取和灌注，保证注射器中始终有液体，实现微球连续稳定制备，全程无需人为干预。所有的运行参数可以通过上位机进行监视和给定，并能对运行过程中的运行参数进行记录。本专利技术的技术方案为：一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统，包括上位机、主控制器、执行模块及通讯模块，所述主控制器通过所述通讯模块分别连接所述上位机及所述执行模块；所述主控制器通过所述通讯模块与所述上位机进行数据交换，接收上位机的指令，并将所述执行模块的数据上传至所述上位机；所述主控制器通过所述通讯模块与所述执行模块进行数据交换，通过接收的上位机的指令，对所述执行模块进行参数设定，控制所述执行模块运行；读取所述执行模块当前位置、运行状态，即所述执行模块的数据。根据本专利技术优选的，所述主控制器为stm32f407系列ARM单片机，所述主控制器包括RCC时钟模块，所述主控制器集成5个USART串口；所述执行模块包括注射器、步进电机、切换阀、上限位开关、下限位开关，所述上限位开关、所述下限位开关分别设置在所述注射器的上方、下方，所述切换阀设置在所述注射器的顶端，所述步进电机设置在所述注射器后方，用来驱动所述注射器上行或下行，所述步进电机的驱动部分为TB6560电机专用控制芯片；所述通讯模块包括RS485串口、RS232串口；所述主控制器通过所述RS232串口以MODBUS从站的方式与所述上位机进行数据交换，所述主控制器对所述执行模块进行轮询，并将接收到的上位机发出的改变参数的指令发送给AVR系列8位单片机MEGA16，AVR系列8位单片机MEGA16对所述主控制器发出的轮询指令进行响应，接收所述主控制器发出的参数设定，实现对所述步进电机的启停控制、对所述切换阀的开关的控制、对所述上限位开关及所述下限位开关的检测，对所述注射器的上行速度及下行速度的控制；所述主控制器通过所述RS485串口以主站轮询的方式读取所述步进电机的启停、所述注射器内样品的余量、所述切换阀的开关、所述上限位开关、所述下限位开关的运行状态，并将读取的数据传送到所述上位机；所述主控制器通过无写入次数限制的RCC时钟模块中预留的带电存储器实现对所述注射器内样品余量的实时记录。以实现掉电后当前运行位置不丢失的功能。主控制器为stm32f407系列ARM单片机，所述主控制器内部时钟频率高达168MHz，主控制器集成5个USART串口，通过串口驱动芯片可以方便的和上位机及注射器分别实现数据交换。根据本专利技术优选的，所述主控制器的型号为stm32f407。根据本专利技术优选的，所述上限位开关及所述下限位开关均为对射式光电开关。当不在上下限位时，对射式光电开关导通并输出高电平，当达到限位时，对射式光电开关被遮挡输出低电平。上述系统的控制方法，具体步骤包括：(1)所述上位机将指令通过MODBUS协议所述RS232接口发送给所述主控制器；(2)所述主控制器将接收到的上位机传送的指令发送给AVR系列8位单片机MEGA16，AVR系列8位单片机MEGA16对所述主控制器发出的指令进行响应，接收所述主控制器发出的参数设定，实现对所述步进电机的启停控制、对所述切换阀的开关的控制、对所述上限位开关及所述下限位开关的检测，对所述注射器的上行速度及下行速度的控制；(3)所述主控制器通过所述RS485串口以主站轮询的方式读取所述步进电机、所述注射器、所述切换阀、所述上限位开关及所述下限位开关的运行状态，包括所述步进电机的启停、所述注射器内样品的余量、所述切换阀的开关、所述上限位开关及所述下限位开关的检测，并将所读取的数据通过MODBUS协议所述RS232接口传送给所述上位机；(4)当检测到上限位时，所述主控制器控制所述切换阀打开，按照设定好的下行速度自动抽取样品，当检测到下限位时，所述主控制器控制所述步进电机停止，控制所述切换阀关闭，按照设定好的上行速度进行灌注。根据本专利技术优选的，所述步骤(2)中，实现对所述步进电机的启停控制，具体包括：所述AVR系列8位单片机MEGA16根据所述主控制器给定的指令，通过其内部PWM模块发送频率可变、占空比不变的脉冲给所述TB6560电机专用控制芯片以控制转速，通过I/O口控制所述步进电机运行方向。系统启动后，切换阀关闭，4个步进电机上行灌注，若上行过程中没有检测到上限位则保持灌注状态，若上行过程中检测到上限位，则对应切换阀打开，步进电机下行抽取，若抽取过程中没有检测到下限位则继续抽取，若检测到下限位则对应切换阀关闭，延时一定时间，4个步进电机上行灌注，循环此过程，实现全自动连续微球制备。上述系统的应用，用于全自动微球连续制备系统。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过CPU控制注射器和切换阀实现液体自动抽取和灌注，保证注射器中始终有液体，实现微球连续稳定制备。所有的运行参数可以通过电脑进行监视和给定。全程无需人为干预，并能对运行过程中的运行参数进行记录。附图说明图1为现有技术中利用微流控技术制备微球的装置；图2为本专利技术执行模块的结构示意图；图3为基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统的结构框图；图4为主控制器、RS485串口及执行模块电路连接图；图5为主控制器、RS232串口及上位机电路连接图；图6为基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统的工作方法流程示意图；1、上位机，2、主控制器，3、执行模块，4、通讯模块，5、注射器，6、步进电机，7、切换阀，8、上限位开关，9、下限位开关，10、RS485串口，11、RS232串口，12、TB6560电机专用控制芯片，13、RCC时钟模块。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步限定，但不限于此。实施例1一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统，包括上位机1、主控制器2、执行模块3及通讯模块4，主控制器2通过通讯模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统，其特征在于，包括上位机、主控制器、执行模块及通讯模块，所述主控制器通过所述通讯模块分别连接所述上位机及所述执行模块；所述主控制器通过所述通讯模块与所述上位机进行数据交换，接收上位机的指令，并将所述执行模块的数据上传至所述上位机；所述主控制器通过所述通讯模块与所述执行模块进行数据交换，通过接收的上位机的指令，对所述执行模块进行参数设定，控制所述执行模块运行；读取所述执行模块当前位置、运行状态，即所述执行模块的数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统，其特征在于，包括上位机、主控制器、执行模块及通讯模块，所述主控制器通过所述通讯模块分别连接所述上位机及所述执行模块；所述主控制器通过所述通讯模块与所述上位机进行数据交换，接收上位机的指令，并将所述执行模块的数据上传至所述上位机；所述主控制器通过所述通讯模块与所述执行模块进行数据交换，通过接收的上位机的指令，对所述执行模块进行参数设定，控制所述执行模块运行；读取所述执行模块当前位置、运行状态，即所述执行模块的数据。2.根据权利要求1所述的一种基于ARM单片机实现液体自动抽取的系统，其特征在于，所述主控制器为stm32f407系列ARM单片机，所述主控制器包括RCC时钟模块，所述主控制器集成5个USART串口；所述执行模块包括注射器、步进电机、切换阀、上限位开关、下限位开关，所述上限位开关、所述下限位开关分别设置在所述注射器的上方、下方，所述切换阀设置在所述注射器的顶端，所述步进电机设置在所述注射器后方，用来驱动所述注射器上行或下行，所述步进电机的驱动部分为TB6560电机专用控制芯片；所述通讯模块包括RS485串口、RS232串口；所述主控制器通过所述RS232串口以MODBUS从站的方式与所述上位机进行数据交换，所述主控制器对所述执行模块进行轮询，并将接收到的上位机发出的改变参数的指令发送给AVR系列8位单片机MEGA16，AVR系列8位单片机MEGA16对所述主控制器发出的轮询指令进行响应，接收所述主控制器发出的参数设定，实现对所述步进电机的启停控制、对所述切换阀的开关的控制、对所述上限位开关及所述下限位开关的检测，对所述注射器的上行速度及下行速度的控制；所述主控制器通过所述RS485串口以主站轮询的方式读取所述步进电机的启停、所述注射器内样品的余量、所述切换阀的开关、所述上限位开关、所述下限位开关的运行状态，并将读取的数据传送到所述上位机；所述主控制器通过无写入次数限制的RCC时钟模块中预留的带电存储器实现对所述注射器内样品的余量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯延进，田寒梅，王建梅，滕竟争，王立秋，许敏，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37