CN109781209B - 移液及液位检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移液及液位检测电路，包括电源滤波稳压模块，若干步进电机驱动电路，FPGA模块，液体检测电路，RS232通讯模块，电机失步检测接口；本发明使用FPGA逻辑门控制只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。本发明使用液体检测集成电路，可灵活设置检测灵敏度，而且集成电路的抗干扰能力大大提高。

Description

移液及液位检测电路
技术领域
本发明涉及移液及液位检测，具体涉及一种移液及液位检测电路。
背景技术
目前，液位检测电路电路是一个控制芯片控制一个电机，这样会导致需要同时控制多个电机时，电路繁杂各控制芯片相互通讯导致实时性降低，
以往的检测液体使用运放加模拟器件的电路，此电路难以调整检测液体的灵敏度，而且抗干扰能力不高。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种移液及液位检测电路，包括电源滤波稳压模块，若干步进电机驱动电路，FPGA模块，液体检测电路，RS232通讯模块，电机失步检测接口；所述FPGA模块分别连接电源滤波稳压模块、RS232通讯模块、电机失步检测接口、若干步进电机驱动电路、液体检测电路；所述电源滤波稳压模块分别连接步进电机驱动电路、液体检测电路；电源滤波稳压模块连接24V输入；RS232通讯模块连接FPGA模块；电机失步检测接口连接FPGA模块；
所述FPGA模块的内置NIOS处理器，内部实现电机加减速控制，通过步进电机驱动电路驱动电机；RS232通讯模块能通过外部通讯对FPGA模块进行参数设置，包括：液位感应灵敏度，液体检测速度，电机运行初始速度，电机运行加速度，电机运行最高速度，电机恒速运行速度的设置；
所述FPGA模块根据用户设置参数，发出对应的脉冲变化频率，脉冲数量来控制驱动器驱动电机，液体检测模块通过外部金属连接接触液体后与地平面的电容变化来检测；电机的失步检测是通过光电传感器检测固定在电机上的光栅，如果在运动中没有检测到光栅的变化即判定为电机失步。
进一步地，所述液体检测电路包括电容感应芯片U6，电阻R4、R5、R6、R8，电容C5、C6、C7、C8、C9，电感L1，液体感应传感器J1；电阻R4、R5一端分别连接FPGA模块，另一端分别连接电容感应芯片U6；串联的电容C6、C9，电感L1，电容C7均并联连接；电容C5、C8的串联点，电容C6、C9的串联点连接地；串联的电容C5、C8两端分别连接电容感应芯片U6；电阻R6跨接于电容C5、 C6之间；电阻R8跨接于电容C8、C9之间；液体感应传感器J1的第一管脚分别连接电容C7、电感L1、电容C9。
更进一步地，所述电容C5、C6、C7、C8、C9均为0.01微法的电容。
更进一步地，所述电感L1为10mH的电感。
本发明的优点：
本发明使用FPGA逻辑门控制只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。以往的电路可能使用控制MCU加FPGA的方案，这就意味着两块芯片之间也需要进行通讯，电路结构复制，系统的稳定性较低；
本发明在FPGA内部内嵌NIOSII处理器，可根据需求进行订制，将不需要的功能去除，增加系统资源利用率，降低成本。以往的检测液体使用运放加模拟器件的电路，此电路难以调整检测液体的灵敏度，而且抗干扰能力不高；本发明使用液体检测集成电路，可灵活设置检测灵敏度，而且集成电路的抗干扰能力大大提高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的一种移液及液位检测电路原理框图；
图2是本发明的一种移液及液位检测电路的液体检测电路原理图；
图3是本发明的一种移液及液位检测电路的步进电机驱动电路原理图；
图4是本发明的一种移液及液位检测电路的在在三轴机械臂系统当中应用的结构图；
图5是本发明的一种移液及液位检测电路的液体检测电路应用的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，如图1所示的一种移液及液位检测电路，包括电源滤波稳压模块，若干步进电机驱动电路，FPGA模块，液体检测电路，RS232通讯模块，电机失步检测接口；所述FPGA模块分别连接电源滤波稳压模块、RS232通讯模块、电机失步检测接口、若干步进电机驱动电路、液体检测电路；所述电源滤波稳压模块分别连接步进电机驱动电路、液体检测电路；电源滤波稳压模块连接24V 输入；RS232通讯模块连接FPGA模块；电机失步检测接口连接FPGA模块；
所述FPGA模块的内置NIOS处理器，内部实现电机加减速控制，通过步进电机驱动电路驱动电机；RS232通讯模块能通过外部通讯对FPGA模块进行参数设置，包括：液位感应灵敏度，液体检测速度，电机运行初始速度，电机运行加速度，电机运行最高速度，电机恒速运行速度的设置；
所述FPGA模块根据用户设置参数，发出对应的脉冲变化频率，脉冲数量来控制驱动器驱动电机，液体检测模块通过外部金属连接接触液体后与地平面的电容变化来检测；电机的失步检测是通过光电传感器检测固定在电机上的光栅，如果在运动中没有检测到光栅的变化即判定为电机失步。
参考图2，如图2所示，所述液体检测电路包括电容感应芯片U6，电阻R4、 R5、R6、R8，电容C5、C6、C7、C8、C9，电感L1，液体感应传感器J1；电阻 R4、R5一端分别连接FPGA模块，另一端分别连接电容感应芯片U6；串联的电容C6、C9，电感L1，电容C7均并联连接；电容C5、C8的串联点，电容C6、C9 的串联点连接地；串联的电容C5、C8两端分别连接电容感应芯片U6；电阻R6 跨接于电容C5、C6之间；电阻R8跨接于电容C8、C9之间；液体感应传感器J1 的第一管脚分别连接电容C7、电感L1、电容C9。
所述电容C5、C6、C7、C8、C9均为0.01微法的电容。
所述电感L1为10mH的电感。
电容感应芯片为FDC2212。
J1的1号引脚为外接金属导体用于感应液体。
电容感应芯片的管脚1，2分别连接FPGA IO口用于对FDC2212的控制；电容感应芯片的管脚9，10，结合外部LC输出固定频率信号。如图5所示，液位感应通过屏蔽线一端接到Z轴的探针上，另一端接入带电路中检测端口，当探针至上而下运动接触到液体时改变了针与大地的电容值以此来感应液位。
FPGA内部的inst3和inst4为电机控制模块，当需要控制多个电机时只需复制这个模块即可。inst1为CPU与电机控制模块的通讯中心内部有液位控制模块，inst5为NIOSII软核为整个系统的控制核心。
参考图3，如图3所示，本发明的移液及液位检测电路，通过步进电机驱动电路对电机进行驱动。
参考图4，如图4所示，本发明已成功运用在三轴机械臂系统当中，分两块电路进行控制，通过FPC排线连接。X轴固定在X轴支架上，同过X轴电机带动皮带进而带动Y轴支架，Y轴支架装有Y轴电机和Z轴电机，Y轴电机通过皮带带动Y轴，Z轴电机通过齿轮及一根轴带动Z轴，液位感应通过屏蔽线接到Z轴的探针上。
本发明使用的FPGA内部电机控制模块，液位感应芯片为主要创新点。通过对电机控制模块的复制，和外部驱动模块的复制可按需对系统进行增减，简化了多电机控制系统的设计。液位感应通过一外部金属连接至电路的输入引脚上，通过金属物接触液体即可对液体进行感应。
本发明使用FPGA逻辑门控制只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。以往的电路可能使用控制MCU加FPGA的方案，这就意味着两块芯片之间也需要进行通讯，电路结构复制，系统的稳定性较低；
本发明在FPGA内部内嵌NIOSII处理器，可根据需求进行订制，将不需要的功能去除，增加系统资源利用率，降低成本。
本发明使用液体检测集成电路，可灵活设置检测灵敏度，而且集成电路的抗干扰能力大大提高。
本发明所使用的电机模块化驱动，极大地减小了电路面积，在对安装要求较高的场合效果明显。在带动电机连续运行6个月后保持零失步，稳定性极高，适用于对位移要求严格的领域。本发明液体检测模块运用电容检测，无需外加电极，只需一根导电体接触液体即可感应到，极大简化了传统液体检测方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种移液及液位检测电路，其特征在于，包括电源滤波稳压模块，若干步进电机驱动电路，FPGA模块，液体检测电路，RS232通讯模块，电机失步检测接口；所述FPGA模块分别连接电源滤波稳压模块、RS232通讯模块、电机失步检测接口、若干步进电机驱动电路、液体检测电路；所述电源滤波稳压模块分别连接步进电机驱动电路、液体检测电路；电源滤波稳压模块连接24V输入；RS232通讯模块连接FPGA模块；电机失步检测接口连接FPGA模块；
所述FPGA模块的内置NIOS处理器，通过内部电机控制模块实现电机加减速控制，通过步进电机驱动电路驱动电机；RS232通讯模块能通过外部通讯对FPGA模块进行参数设置，包括：液位感应灵敏度，液体检测速度，电机运行初始速度，电机运行加速度，电机运行最高速度，电机恒速运行速度的设置；
所述FPGA模块根据用户设置参数，发出对应的脉冲变化频率，脉冲数量来控制驱动器驱动电机，液体检测模块通过外部金属连接接触液体后与地平面的电容变化来检测；电机的失步检测是通过光电传感器检测固定在电机上的光栅，如果在运动中没有检测到光栅的变化即判定为电机失步；
所述液体检测电路包括电容感应芯片U6，电阻R4、R5、R6、R8，电容C5、C6、C7、C8、C9，电感L1，液体感应传感器J1；电阻R4、R5一端分别连接FPGA模块，另一端分别连接电容感应芯片U6；串联的电容C6、C9，电感L1，电容C7均并联连接；电容C5、C8的串联点，电容C6、C9的串联点连接地；串联的电容C5、C8两端分别连接电容感应芯片U6；电阻R6跨接于电容C5、C6之间；电阻R8跨接于电容C8、C9之间；液体感应传感器J1的第一管脚分别连接电容C7、电感L1、电容C9。
2.根据权利要求1所述的移液及液位检测电路，其特征在于，所述电容C5、C6、C7、C8、C9均为0.01微法的电容。
3.根据权利要求1所述的移液及液位检测电路，其特征在于，所述电感L1为10mH的电感。
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