CN110995063A - 多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路，包括主芯片1、限流滤波单元、光耦隔离单元、功率放大单元、稳压抗干扰单元、三级调速单元、电控制单元、磁力搅拌电机；所述限流滤波单元连接主芯片1和光耦隔离单元；所述稳压抗干扰单元分别连接光耦隔离单元、功率放大单元、电控制单元；所述电控制单元连接三级调速单元和磁力搅拌电机；磁力搅拌电机连接功率放大单元；所述磁力搅拌电机驱动电路将主芯片1与电控制单元安全隔离。本发明能够使微生物发酵多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机在浓度检测过程中根据检测流程的需要启动和停止，根据待测液种类的不同调节磁力搅拌电机的搅拌速度。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵浓度在线分析仪技术领域，具体涉及一种微生物发酵多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路。
背景技术
磁力搅拌电机的驱动中需要考虑搅拌速度、搅拌时间、驱动电路抗干扰能力强的多方面问题。
尤其当涉及微生物发酵多组分浓度在线分析仪时，该分析仪是发酵过程中的在线浓度测量仪器，可以实时采集在发酵过程中组分浓度的变化数据，大大增加了发酵补料操作的可控性，从而提高发酵效率及产品质量。
微生物发酵多组分浓度在线分析仪中的磁力搅拌电机，主要用于将待测液或标准液与缓冲液进行充分混合，以便检测芯片准确及时地检测出微生物发酵过程中各组分浓度，是微生物发酵多组分浓度在线分析仪中不可或缺的装置。由于多组分浓度分析仪具有复位、清洗、采样、检测等多个流程。磁力搅拌电机在浓度检测流程和清洗流程时启动，因此需要由主芯片控制磁力搅拌电机的启动和停止。多组分浓度分析仪需要对发酵过程中多种组分待测液的不同浓度进行快速准确地检测，而检测芯片对不同的组分待测液响应速度是不同的，因此需要磁力搅拌电机在对不同组分待测液与缓冲液混合时，具有不同的搅拌速度。
发明内容
为了解决多组分浓度在线分析仪在浓度检测过程中磁力搅拌电机根据检测流程的需要启动和停止问题，并根据待测液种类的不同调节磁力搅拌电机的搅拌速度。而浓度在线分析仪作为精密仪器，需要很强的抗干扰能力，在利用继电器控制电机启动和停止的瞬间，继电器电平的变化很容易串进主芯片1的IO口，造成干扰。本发明提供一种可靠且抗干扰能力强的磁力搅拌电机的驱动电路。所述电路不仅能够使磁力搅拌电机在浓度检测过程中根据检测流程的需要启动和停止，并且可以根据待测液种类的不同调节磁力搅拌电机的搅拌速度。所述电路结构简单、节约成本，同时保证安全稳定工作。
技术方案：
一种基于在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路，包括主芯片1、限流滤波单元、光耦隔离单元、功率放大单元、稳压抗干扰单元、三级调速单元、电控制单元、磁力搅拌电机；所述限流滤波单元连接主芯片1和光耦隔离单元；所述稳压抗干扰单元分别连接光耦隔离单元、功率放大单元、电控制单元；所述电控制单元连接三级调速单元和磁力搅拌电机；磁力搅拌电机连接功率放大单元；所述磁力搅拌电机驱动电路将主芯片1与电控制单元安全隔离，可靠且抗干扰能力强，并且实现对磁力搅拌电机三级调速。
优选的，限流滤波单元包括限流电阻R1、分流电阻RP1、滤波电容C1，所述分流电阻RP1与光耦隔离单元的隔离光耦原边并联，电阻RP1并与限流电阻R1串联，隔离光耦原边的阳极接3.3V电压，滤波电容C1接地与3.3V电压之间，主芯片1的输出端连接限流电阻R1；限流滤波单元能限制流过所述光耦隔离单元的电流，消除电路中高频成分，提高电路抗干扰性。
优选的，光耦隔离单元包括隔离光耦opk1、限流电阻R2，所述隔离光耦opk1的1号脚和2号脚接限流滤波单元的输出端，3号脚连接限流电阻R2、4号脚连接24V直流电源；光耦隔离单元能将所述主芯片1的IO口与所述电控制单元安全隔离。
优选的，功率放大单元包括防误导通电阻R3、三极管Q1，所述防误导通电阻R3连接三极管Q1的基极和发射极之间；三极管Q1的基极作为功率放大单元的输入端连接光耦隔离单元的输出端，三极管Q1的集电极作为功率放大单元的输出端连接电控制单元，三极管Q1的发射极接地；功率放大单元能放大所述电控制单元的控制电流。
优选的，稳压抗干扰单元包括二极管D1、电容C2，所述二极管D1与电容C2并联，稳压抗干扰单元与电控制单元并联，并连接在24V直流电源和功率放大单元的输出端之间；稳压抗干扰单元能保持所述电控制单元电压稳定，提高电路抗干扰性。
优选的，三级调速单元包括拨动开关K1，所述拨动开关K1连接三个不同的直流电压源，为所述电控制单元提供不同电压，实现对磁力搅拌电机调速。
优选的，电控制单元包括继电器JD1，继电器JD1的电磁线圈与稳压抗干扰单元并联，并连接在24V直流电源和功率放大单元的输出端之间；继电器JD1通过小电流控制磁力搅拌电机开和关，具有安全保护作用。
所述磁力搅拌电机驱动电路用于微生物发酵多组分在线分析仪主控系统，主控系统包括嵌入式主控模块、微生物发酵检测模块、电机驱动模块等，嵌入式主控模块控制信号输出端连接电磁阀驱动、磁力搅拌电机驱动、隔膜泵驱动,电磁阀用于控制电磁阀启闭,磁力搅拌器用于将待测液或标准液与缓冲液进行充分混合，隔膜泵用于清洗移液针内壁。磁力搅拌电机驱动电路可以按照检测要求调节磁力搅拌器的搅拌速度，实现多组分浓度在线分析仪检测液体充分混合，使得微生物检测梅电极快速发生电化学反应，产生微安级检测电流信号。主控系统进行在线检测过程中具有复位、清洗、采样、检测等多个流程，主芯片1通过磁力搅拌电机驱动电路连接磁力搅拌电机并进行控制，使磁力搅拌电机在清洗流程启动实现检测池清洗，在检测流程启动实现待测液和缓冲液混合、在复位、采样等其他流程时停止；在检测葡萄糖、谷氨酸等不同组分浓度时，通过三级调速单元控制搅拌速度，实现高精度、宽范围检测。
本发明的有益效果
第一，本发明针对多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机的驱动电路，能够使微生物发酵多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机在浓度检测过程中根据检测流程的需要启动和停止，根据待测液种类的不同调节磁力搅拌电机的搅拌速度；第二，本发明限流电阻R1、R2以及分流电阻RP1实现了限制电路电流、保护电路的作用。电容C1实现了电压源滤波，提高电路的抗干扰性。电阻R3实现了三极管Q1可靠关断并使三极管Q1的基极下拉接地，防止误导通。二极管D1和电容C2可以稳压，使继电器JD1的2、9号脚电压保持稳定，抗干扰能力强。第三，本发明采用隔离光耦opk1，将MCU的IO口与控制电路隔离，两部分电路没有直电连接，防止有电连接引起对MCU的IO干扰；第四，本发明采用继电器JD1，实现了对电机的启动与停止的控制；第五，本发明采用的拨动开关K1，改变磁力搅拌电机驱动电压，实现了对微生物发酵多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机转速的控制；第六，本发明采用的微生物发酵多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路成本低廉，易于实现。
附图说明
图1是本发明的结构框图
图2是本发明一个实施例的电路结构图
图3是本发明在微生物发酵多组分浓度在线分析仪磁力搅拌器的应用示意图
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的结构框图。一种多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路，包括主芯片1、限流滤波单元、光耦隔离单元、功率放大单元、稳压抗干扰单元、三级调速单元、电控制单元、磁力搅拌电机；所述限流滤波单元连接主芯片1和光耦隔离单元；所述稳压抗干扰单元分别连接光耦隔离单元、功率放大单元、电控制单元；所述电控制单元连接三级调速单元和磁力搅拌电机；磁力搅拌电机连接功率放大单元；所述磁力搅拌电机驱动电路将主芯片1与电控制单元安全隔离，可靠且抗干扰能力强，并且实现对磁力搅拌电机三级调速。
图2是本发明的一个实施例的电路图。本发明提出一种在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路，包括主芯片1、限流电阻R1、分流电阻RP1、滤波电容C1、隔离光耦opk1、限流电阻R2、防误导通电阻R3、三极管Q1、稳压二极管D1和稳压电容C2、继电器JD1、拨动开关K1。所述主芯片1与所述电阻R1相连接，所述电阻RP1与所述光耦opk1的发光二极管一侧1、2号引脚并联后，一侧连接所述电阻R1,另一侧连接3.3V直流电，所述电容C1连接3.3V直流电后接地，所述光耦opk1的4号脚连接24V直流电、所述电阻R2连接所述光耦3号脚与所述三极管Q1基极，所诉电阻R3连接所述三极管Q1基极和发射极，所述三极管发射极接地，所述二极管D1和所述电容C2与所述继电器JD1的2号脚和9号脚并联，所述继电器JD1的2号脚连接24V模拟直流电源，9号脚连接所述三极管Q1集电极，所述继电器JD1的5号脚连接所述拨动开关K1输出端Vout，所述拨动开关K1电源输入端Vin1接5V模拟直流电源、电源输入端Vin2接12V模拟直流电源、电源输入端Vin3接24V数字直流电源，所述继电器JD1的10号脚接电机DC motor1的正极。二极管D1和电容C2可以稳压，使继电器JD1的2、9号脚电压保持稳定，抗干扰能力强。
作为一种较佳的实施例，主芯片1的型号为STM32F407IGT6。
作为一种较佳的实施例，主芯片1与限流电阻R1串联后连接在隔离光耦opk1的2号脚，隔离光耦型号为TLP521-1，限流电阻R1可在光耦的发光二极管导通时限制流过二极管的电流，能有效保护光耦的发光二极管。本发明采用TLP521-1隔离光耦，将MCU的IO口与控制电路隔离，两部分电路没有直电连接，防止有电连接引起对MCU的IO干扰。
作为一种较佳的实施例，分流电阻RP1与隔离光耦opk1的发光二极管并联后与R1串联，分流电阻RP1可以抬高隔离光耦opk1的发光二极管一侧电流阈值，防止发光二极管误导通。当主芯片1没有电压输入时，RP1作为上拉电阻可以提高隔离光耦opk1的抗干扰性。当隔离光耦opk1导通时，分流电阻的分流作用能很好地保护隔离光耦opk1的发光二极管。在其他实施例中，分流电阻RP1可以根据具体的电流阈值需求改变阻值，不影响本发明取得的有益效果。
作为一种较佳的实施例，滤波电容C1连接隔离光耦opk1的1号脚与地，滤波电容具有通过交流隔断直流的作用，能够消除电路中的高频成分，提高电路的抗干扰性。
作为一种较佳的实施例，隔离光耦opk1的4号脚连接24V直流电源，3号脚连接限流电阻R2,限流电阻R2可在隔离光耦opk1导通时限制流过隔离光耦opk1三极管一侧的电流，能有效保护隔离光耦的三极管。
作为一种较佳的实施例，防误导通电阻R3连接三极管Q1的基极和发射极，保证但三极管断电时可靠关断，在隔离光耦opk1不导通时，三极管Q1的基极下拉接地，防止误导通。
作为一种较佳的实施例，二极管D1负极连接24V直流电源，正极连接三极管Q1的集电极，电容C2和继电器JD1的2、9号脚与二极管D1并联。二极管的反向截止作用和电容的充放电作用可以稳压，使继电器JD1的2、9号脚电压保持稳定，抗干扰能力强。
作为一种较佳的实施例，继电器JD1型号为欧姆龙G5V-1继电器，继电器JD1的5号脚连接拨动开关K1,拨动开关型号为K3-1336S-L1，拨动开关K1连接的1号脚连接24V直流电源、2号脚连接12V直流电源、3号脚连接5V直流电源，可通过拨动开关K1的电压选择和继电器的开关作用使磁力搅拌电机连接不同电压。本发明采用的欧姆龙G5V-1继电器，实现了对电机的启动与停止的控制。本发明采用的K3-1336S-L1拨动开关，改变磁力搅拌电机驱动电压，实现了对多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机转速的控制。在其他实施例中，拨动开关K1也可以连接其他不同的电压值，不影响本发明取得的有益效果。
作为一种较佳的实施例，磁力搅拌电机正极连接继电器JD1的10号脚，负极连接地GND。
本发明提供的磁力搅拌电机驱动电路通过主芯片1产生高低电平，改变隔离光耦opk1的通和断，进而改变三极管Q1的通和断，进而改变继电器JD1的通和断，最终控制磁力搅拌电机的开关状态。作为一种较佳的实施例，主芯片1产生低电平时，隔离光耦opk1的1号脚和2号脚导通，发光二极管通过电流而发光，光敏三极管收到光照后导通，隔离光耦opk1的3号脚和4号脚导通，进而三极管Q1导通，同时继电器JD1的2号脚和9号脚导通，继电器JD15号脚和10号脚导通，VCC电源通过拨动开关K1连接到磁力搅拌电机DC motor1正极，实现磁力搅拌电机DC motor1转动。主芯片1产生高电平时，隔离光耦opk1关断，进而三极管Q1关断，同时继电器JD1关断，磁力搅拌电机DC motor1的VCC电源断开，磁力搅拌电机DCmotor1停止转动。
图3给出了本发明在微生物发酵多组分浓度在线分析仪磁力搅拌器的应用示意图，所述磁力搅拌器包括从动磁力搅拌子1、检测池2、主动磁力转子3、固定支架4、电机传动轴5、直流电机6、旋转托盘7，所述直流电机6固定设置于所述固定支架4的底部，所述电机传动轴5的底部与直流电机6的输出端配合联接，电机传动轴5的主体穿出固定支架4，电机传动轴5的顶端与所述旋转托盘7的中间固定连接；所述旋转托盘7随所述电机传动轴5同向转动，所述主动磁力转子3对称固定设置于所述旋转托盘7上，所述主动磁力转子3与所述检测池2中的所述从动磁力搅拌子1配合，从动磁力搅拌子1跟随主动磁力转子3转动。
微生物发酵多组分浓度在线分析仪检测过程中具有复位、清洗、采样、检测等多个流程，在软件方面主芯片1通过磁力搅拌电机驱动电路连接磁力搅拌器并进行控制，使磁力搅拌器在清洗流程启动实现检测池清洗，在检测流程启动实现待测液和缓冲液混合、在复位、采样等其他流程时停止；在检测葡萄糖、谷氨酸等不同组分浓度时，通过三级调速单元控制搅拌速度，实现高精度、宽范围检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多组分浓度在线分析仪的磁力搅拌电机驱动电路，其特征在于，包括主芯片1、限流滤波单元、光耦隔离单元、功率放大单元、稳压抗干扰单元、三级调速单元、电控制单元、磁力搅拌电机；所述限流滤波单元连接主芯片1和光耦隔离单元；所述稳压抗干扰单元分别连接光耦隔离单元、功率放大单元、电控制单元；所述电控制单元连接三级调速单元和磁力搅拌电机；磁力搅拌电机连接功率放大单元；所述磁力搅拌电机驱动电路将主芯片1与电控制单元安全隔离，可靠且抗干扰能力强，并且实现对磁力搅拌电机三级调速。
2.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：限流滤波单元包括限流电阻R1、分流电阻RP1、滤波电容C1，所述分流电阻RP1与光耦隔离单元的隔离光耦原边并联，电阻RP1并与限流电阻R1串联，隔离光耦原边的阳极接3.3V电压，滤波电容C1接地与3.3V电压之间，主芯片1的输出端连接限流电阻R1；限流滤波单元能限制流过所述光耦隔离单元的电流，消除电路中高频成分，提高电路抗干扰性。
3.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：光耦隔离单元包括隔离光耦opk1、限流电阻R2，所述隔离光耦opk1的1号脚和2号脚接限流滤波单元的输出端，3号脚连接限流电阻R2、4号脚连接24V直流电源；光耦隔离单元能将所述主芯片1的IO口与所述电控制单元安全隔离。
4.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：功率放大单元包括防误导通电阻R3、三极管Q1，所述防误导通电阻R3连接三极管Q1的基极和发射极之间；三极管Q1的基极作为功率放大单元的输入端连接光耦隔离单元的输出端，三极管Q1的集电极作为功率放大单元的输出端连接电控制单元，三极管Q1的发射极接地；功率放大单元能放大所述电控制单元的控制电流。
5.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：稳压抗干扰单元包括二极管D1、电容C2，所述二极管D1与电容C2并联，稳压抗干扰单元与电控制单元并联，并连接在24V直流电源和功率放大单元的输出端之间；稳压抗干扰单元能保持所述电控制单元电压稳定，提高电路抗干扰性。
6.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：三级调速单元包括拨动开关K1，所述拨动开关K1连接三个不同的直流电压源，为所述电控制单元提供不同电压，实现对磁力搅拌电机调速。
7.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：电控制单元包括继电器JD1，继电器JD1的电磁线圈与稳压抗干扰单元并联，并连接在24V直流电源和功率放大单元的输出端之间；继电器JD1通过小电流控制磁力搅拌电机开和关，具有安全保护作用。
8.根据权利要求1所述的一种电路，其特征在于：所述磁力搅拌电机驱动电路用于微生物发酵多组分在线分析仪主控系统，主控系统包括嵌入式主控模块、微生物发酵检测模块、电机驱动模块等，嵌入式主控模块控制信号输出端连接电磁阀驱动、磁力搅拌电机驱动、隔膜泵驱动,电磁阀用于控制电磁阀启闭,磁力搅拌器用于将待测液或标准液与缓冲液进行充分混合，隔膜泵用于清洗移液针内壁；磁力搅拌电机驱动电路可以按照检测要求调节磁力搅拌器的搅拌速度，实现多组分浓度在线分析仪检测液体充分混合，使得微生物检测酶电极快速发生电化学反应，产生微安级检测电流信号。
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