CN102288658A - 一种便携式电化学检测分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式电化学检测分析装置，包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块。本发明采用高集成度、低功耗的元器件，装置体积小，具有便携性，设有单片机和液晶显示器，能够分析并显示检测结果，能够满足快速检测的要求，适合在医疗检测、食品安全和环境保护等领域的分析现场使用，采用电池及USB接口供电，在野外等无外部电源输入时，可以用电池供电或者用笔记本PC机内带电池等给装置供电；具有数据存储器，可存储历史数据，具有USB数据传输接口，可连接上位机及打印机等外设，可以打印检测数值及曲线等，可通过上位机对存储数据进行各种分析，得到研究体系的详细信息。

Description

一种便携式电化学检测分析装置
技术领域
 本发明涉及一种电化学分析装置，特别涉及一种便携式电化学检测分析装置。
背景技术
电化学是物理化学的一个重要分支，它除与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等有关外，还与环境科学、能源科学、生物学、金属工业等领域有着密切的联系。如今，电化学技术在一些科学领域都已得到应用，为人类社会的发展提供动力。基于电化学原理的电分析技术和化学传感为生物技术、工业和环境检测及日常生活提供了研究和分析的手段；使电解工业可以实现大量无机物、有机物的电解合成，金属的提取和精炼；电化学技术还可以实现材料的表面处理；使微纳米期间的制备和构筑有了新的发展。因此，研究电化学的测量方法，对社会科学的发展有着重要意义。电化学测量主要是通过在不同的测试条件下，对电极电势和电流分别进行控制和测量，并对其相互关系进行分析而实现的。对一些重要的测试条件的控制和变化，形成了不同的电化学测量方法。例如，控制单向极化持续时间的不同，可进行稳态法测量或暂态法测量；控制电极电势按照不同的波形规律变化，可进行电势阶跃、线性电势扫描、脉冲电势扫描等测量；使用宏观静止电极、旋转圆盘电极或超微电极，可明显改变电化学测量体系的动力学规律，获取不同的测量信息。随着科技的进步，电化学测量仪器也获得了飞跃性的发展，有力地促进了电化学各领域的发展。从早期的高压大电阻的恒电流测量电路，到以恒电势仪为核心组成的模拟仪器电路，再到计算机控制的电化学综合测试系统，仪器功能、可实现的测量方法的种类更加丰富，控制和测量精度大大提高，操作更加方便快捷，实验数据的输出管理和分析处理能力更加强大。目前，随着电化学仪器在工农业生产、医疗卫生、科学研究中起到越来越重要的作用，对电化学测量的需求也越来愈多，由于电化学的测定分析比较复杂，一种物质的电化学分析往往需要多种仪器对进行测定，由于仪器体积比较大，需要外部电源供电，测量时需要取样到特定的实验室进行测定，无法现场取样直接测定，不能及时检测物质的电化学参数。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供可以在现场测定物质电化学特性的一种便携式电化学检测分析装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种便携式电化学检测分析装置，包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块，其中：
所述单片机模块包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；
所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；
所述数据采集模块包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块，所述I/V转换子模块将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；
所述温度补偿模块包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述电源模块包括电池和电压转换电路，给系统内各模块及器件供电。
本发明还可以采用如下技术方案：
还包括USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口、上位机计算机（PC）的USB接口以及外设的USB接口，实施单片机模块与上位机以及外设之间的通信。
所述USB接口电路支持 USB-HOST主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE设备方式。
所述电源模块与所述USB接口电路相连，当检测所述USB接口电路有输出电压时，从电池供电切换到所述USB接口电路供电。
所述I/V转换子模块包括放大器电路和电子电位器，所述电子电位计与所述单片机模块的外设信号传输接口相连，由所述单片机模块编程设置所述电子电位器的滑臂定位。
所述输出模块还包括打印驱动电路，所述打印驱动电路驱动微型打印机打印检测数据。
所述温度传感器为内置式温度传感器或外置式温度传感器。
本发明具有的优点和积极效果是：采用高集成度、低功耗的元器件，装置体积小,具有便携性，设有单片机和液晶显示器，能够分析并显示检测结果，能够满足快速检测的要求，适合在医疗检测、食品安全和环境保护等领域的分析现场使用,采用电池及USB接口供电,在野外等无外部电源输入时，可以用电池供电或者用笔记本PC机内带电池等给装置供电；具有数据存储器，可存储历史数据，具有USB数据传输接口，可连接上位机及打印机等外设，可以打印检测数值及曲线等，可通过上位机对存储数据进行各种分析，得到研究体系的详细信息。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、单片机模块，2、数据采集模块，3、I/V转换子模块，4、温度补偿模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种便携式电化学检测分析装置，包括单片机模块1、程序存储模块、数据采集模块2、输出模块、温度补偿模块4和电源模块，其中：
所述单片机模块1包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；
所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；
所述数据采集模块2包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块3和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块3，所述I/V转换子模块3将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；所述I/V转换子模块3可以是由放大器电路和电子电位器等元件组成的电路，所述电子电位计与所述单片机模块的外设信号传输接口相连，由所述单片机模块编程设置所述电子电位器的滑臂定位；所述I/V转换子模块3也可以选用I/V转换芯片；
所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；所述输出模块还可以设置打印驱动电路，所述打印驱动电路能够驱动微型打印机打印检测数据；
所述温度补偿模块4包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；所述温度传感器可为内置式温度传感器或外置式温度传感器；
所述电源模块包括电池和电压转换电路，因系统内模块的工作电压不同，电压转换电路将电池或其他方式的电源进行转换处理，具有多种供电电压，给系统内各模块及器件供电。
本发明还可以设置USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口，所述USB接口电路可以接入上位机计算机（PC）的USB端口，接收来自上位机的执行程序等文件以及向上位机计算机（PC）发送检测数据及运算数据，可通过上位机计算机的网络功能将数据传输到数据分析管理平台，比如上位机计算机连接无线网卡，无线发送数据等，以及通过上位机与打印机及显示装置连接进行数据打印和显示，所述USB接口电路还可连接具有USB接口的其他外设，比如打印机和输入键盘等，实现外设与单片机模块的数据通信，所述USB接口电路可支持 USB-HOST主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE设备方式；将所述电源模块与所述USB接口相连，当检测USB接口有输出电压时，自动从电池供电状态切换到USB接口供电，给系统内各模块及器件供电，当检测USB接口无输出电压时，自动恢复电池供电状态。
本发明的工作原理：通过上位机(PC)或者其他输入设备对仪器实验类型和参数值进行预置，数据检测分析处理及数据输出等程序可固化在程序存储器内或通过USB接口电路从上位机计算机下载到程序存储器内，单片机把设定的类型和预置的数值送到液晶显示器显示，同时单片机输出相应的数字信号至D/A子模块， D/A子模块转化为相应的恒电压值输出至电化学传感器，恒电压加在参比电极和工作电极之间，电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块3，所述I/V转换子模块3将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，A/D子模块经过模/数转换输出数字信号发送给单片机模块的外设信号传输接口。
本发明按照用户设定的实验类型，输入相应的运行程序，执行具体的试验，同时现场采集外部电化学传感器实时的电压信号。采集到的信号，由装置内置的微处理器运行相应的程序进行分析处理后，可简单显示检测结果，装置可将原始数据及处理的结果发送到上位机(PC机)，上位机的仪器数据处理软件，具有强大的解析功能，可以对原始数据等进行各种分析，得到研究体系的详细信息。

Claims (7)

1.一种便携式电化学检测分析装置，其特征在于，包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块，其中：
所述单片机模块包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；
所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；
所述数据采集模块包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块，所述I/V转换子模块将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；
所述温度补偿模块包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述电源模块包括电池和电压转换电路，给系统内各模块及器件供电。
2.根据权利要求1所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，还包括USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口、上位机计算机（PC）的USB接口以及外设的USB接口，实施单片机模块与上位机以及外设之间的通信。
3.根据权利要求2所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，所述USB接口电路支持 USB-HOST主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE设备方式。
4.根据权利要求2所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，所述电源模块与所述USB接口电路相连，当检测所述USB接口电路有输出电压时，从电池供电切换到所述USB接口电路供电。
5.根据权利要求1所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，所述I/V转换子模块包括放大器电路和电子电位器，所述电子电位计与所述单片机模块的外设信号传输接口相连，由所述单片机模块编程设置所述电子电位器的滑臂定位。
6.根据权利要求1所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，所述输出模块还包括打印驱动电路，所述打印驱动电路驱动微型打印机打印检测数据。
7.根据权利要求1所述的便携式电化学检测分析装置，其特征在于，所述温度传感器为内置式温度传感器或外置式温度传感器。
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