CN111896761A

CN111896761A - 一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置

Info

Publication number: CN111896761A
Application number: CN201910368791.6A
Authority: CN
Inventors: 邹强; 陆甫光
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-05-05
Filing date: 2019-05-05
Publication date: 2020-11-06

Abstract

本发明公开一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置，包括单片机以及与所述单片机连接的水泵模块，步进电机模块以及气泵模块，所述水泵模块包括水泵，所述水泵通过水泵继电器连接所述单片机，所述步进电机模块包括步进电机，所述步进电机通过步进电机驱动器连接所述单片机，所述的气泵模块包括气泵，所述气泵通过气泵继电器连接所述单片机。本发明用于汞离子检测系统的单片机控制装置，能简化相关操作流程，降低对实验人员专业要求，促进本领域的智能化发展。

Description

一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置

技术领域

本发明涉及微污染物检测技术领域，特别是涉及一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置。

背景技术

随着汞在工业生产中的频繁应用,其所造成的环境污染及由此引发的生物危害日益严重。汞是一种毒性较大的元素，广泛存在于各类环境介质和食物链中。汞离子易被人和其他生物体吸收，导致人体肾脏中毒、神经损伤、染色体断裂甚至死亡，有关汞离子的检测研究愈发引起人们的关注。

目前，传统的汞离子检测过程，需要众多检测设备，人工完成溶解、搅拌、吸附、清洗、检测等步骤，这不仅耗时长、效率低，而且成本高，无法满足当前便利、快捷、高效的检测要求。

因此，如何提供一种自动集成化的汞离子检测系统，使其可以实现汞离子的预处理和自动检测，并且在整个操作过程不再依赖复杂人工环节和众多实验室设备，已经成为该领域中亟待解决的首要问题。这一问题的成功解决，不仅将简化相关操作流程，降低对实验人员专业要求，促进本领域的智能化发展，而且在自然保护及人体健康方面也具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置，包括单片机以及与所述单片机连接的水泵模块，步进电机模块以及气泵模块，所述水泵模块包括水泵，所述水泵通过水泵继电器连接所述单片机，所述步进电机模块包括步进电机，所述步进电机通过步进电机驱动器连接所述单片机，所述的气泵模块包括气泵，所述气泵通过气泵继电器连接所述单片机。

所述单片机连接控制面板。

还包括有电源模块，用于为所述气泵，水泵，步进电机以及单片机提供相应的工作电压。

所述单片机采用STC89C51单片机，第40引脚接VCC5V直流电源和LED灯，用于指示电源的工作状态，第20引脚接地，第9引脚为复位引脚，当设备死机或者程序故障时，通过开关SW可对设备进行复位操作，使程序回到起始状态，第18和第19引脚接振荡电路，为系统提供基本的时钟信号，第32引脚接一路光电耦合继电器，对应气泵，而第33引脚接一路光电耦合继电器，对应水泵，第34-37引脚接步进电机驱动器，对应步进电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于汞离子检测系统的单片机控制装置，能简化相关操作流程，降低对实验人员专业要求，促进本领域的智能化发展。

附图说明

图1是本发明的用于汞离子检测系统的单片机控制装置的控制原理图。

图2为STC89C51单片机的电路图。

图3为步进电机驱动器的原理图。

图4为继电器的工作示意图。

图5为汞离子检测系统的检测装置的示意图；

图6所示为用于汞离子检测系统的结构示意图。

图中：1检测装置；2、气泵；4、水泵；5、步进电机；6、摆臂；7、光纤探头；8、导气管；9、外连电线；10、DNA槽；11、纳米颗粒槽；12、2-萘硫酚槽；13、三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)槽；14、磷酸盐缓冲液(PBS)槽；15、氯化钠(NaCl)槽；16、待测物槽；17、反应槽；18、废液槽.

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。

如图1的示，一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置，包括单片机以及与所述单片机连接的水泵模块，步进电机模块以及气泵模块，所述水泵模块包括水泵，为微型水泵，所述水泵通过水泵继电器连接所述单片机，所述步进电机模块包括步进电机，所述步进电机通过步进电机驱动器连接所述单片机，所述的气泵模块包括(蠕动)气泵，所述气泵通过气泵继电器连接所述单片机。

本发明中，该单片机控制装置以STC89C51单片机为核心，步进电机驱动由步进电机驱动器构建，脉冲信号进入步进电机驱动器后，会被驱动器转换成步进电机所需要的强电流信号，带动步进电机运转。步进电机驱动器能够准确的控制步进电机转过每一个角度。气泵、水泵控制由对应的继电器组成，用于控制(蠕动)气泵以及(微型)水泵的开关。

其中，所述单片机连接控制面板。

进一步，还包括有电源模块，用于为所述气泵，水泵，步进电机以及单片机提供相应的工作电压。本发明中，电源模块由5V电池和12V直流电源两部分组成：其中，5V电池用于单片机供电，而12V直流电源用于步进电机驱动器供电、步进电机供电、蠕动气泵供电和微型水泵供电。

本发明中，单片机控制装置中以STC89C51单片机作为主控芯片，外连继电器和步进电机驱动器。通过写入的C语言程序，实现整个汞离子检测系统的自动运行。

如图2所示，对于STC89C51单片机，第40引脚接VCC(5V直流电源)和LED灯，用于指示电源的工作状态，第20引脚接地。第9引脚为复位引脚，当设备死机或者程序故障时，通过开关SW便可对设备进行复位操作，使程序回到起始状态。第18和第19引脚接振荡电路，为系统提供基本的时钟信号。第32引脚接一路光电耦合继电器，对应蠕动气泵，而第33引脚接一路光电耦合继电器，对应微型水泵。第34-37引脚接步进电机驱动器，对应步进电机。

如图3所示，本设计选择ULN2003作为步进电机驱动器。步进电机驱动器接收到一个单片机脉冲信号后，它就驱动步进电机按一定的方向转动一个固定的角度。另外，改变脉冲模式可以改变转动的方向，改变脉冲个数可以改变转动的角位移量，从而达到准确定位的目的。

如图4所示，当单片机输出高电平时，光电耦合继电器内部的线圈通电，产生磁力使得衔铁的动触点和静触点吸合，工作电路导通，蠕动气泵开始工作；当单片机输出低电平时，动触点和静触点的衔铁会因为弹簧的作用分开，蠕动气泵停止工作。微型水泵同理。

本发明的单片机控制装置所控制的汞离子检测系统，如图6所示，包括检测装置1、水泵，气泵，导气管，步进电机，光纤探头，如图5所示，检测装置包括DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽、反应槽、废液槽；其中，所述DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽分别与所述反应槽连接，所述反应槽与所述废液槽连接。

所述的反应槽为三角形状，所述的DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽的出料端分别与所述反应槽的上端入料口相连接。

所述DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽以及反应槽的上部侧壁上形成有物料入口，兼作为导气管的吹气口。

所述DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽均为S形状的管状体，可以通过控制装置自动控制进行物料的加入，如利用由步进电机5控制的摆臂6来摆动，摆臂6上安装有导气管8(可束缚在摆臂上或是自摆臂的底端径向伸入而装在摆臂内形成的轴向空腔中，吹气口径向向外伸出)，当摆臂摆到DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽的一个槽的位置时，启动蠕动气泵2，吹入气体，使事先放在DNA槽、纳米颗粒槽；2-萘硫酚槽、三(2-羧乙基)膦盐酸盐槽、磷酸盐缓冲液槽、氯化钠槽、待测物槽中的物质被吹入到反应槽中，实现物料吹入的控制，所述步进电机、蠕动气泵与控制装置3连接，所述的控制装置连接微型水泵4，以实现将废液槽中的废液排出。

本发明中，步进电机5驱动摆臂6来移动导气管8，从而使导气管8对应不同槽口；蠕动气泵2依托吹气功能，实现对反应物的预处理；微型水泵4依托吸水功能实现对废液的处理；光纤探头7则发出激光，以用于拉曼检测。

如图5所示，对于微流控装置1，首先，步进电机5驱动摆臂6将附着其上的导气管8对准纳米颗粒槽11，把槽11中的金纳米颗粒吹入反应槽17中，然后再将导气管8对准2-萘硫酚槽3，把槽3中的2-萘硫酚也吹入到反应槽17中。之后移动导气管8对准磷酸盐缓冲液(PBS)槽14，将槽14中的磷酸盐缓冲液，吹入到反应槽17中，以维持溶液的pH值是中性。静置五分钟后，步进电机5驱动摆臂6上的导气管8至DNA槽10和三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)槽13，分别将两槽中的物质依次吹入反应槽17中(时间间隔要尽可能短)。这个TCPE的作用就是活化DNA使这个DNA可以结合到金纳米颗粒表面。再次静置反应，五分钟后将氯化钠(NaCl)槽15中的氯化钠吹入反应槽17中，然后静置四个小时，这个过程的作用是老化，使DNA链在金纳米颗粒表面直立起来。最后一步就是将待测物槽16中的待测物——汞离子，加入到溶液中，然后反应，半小时后光纤探头7对准反应液发出激光进行SERS检测，得出2-萘硫酚的拉曼光谱图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于汞离子检测系统的单片机控制装置，其特征在于，包括单片机以及与所述单片机连接的水泵模块，步进电机模块以及气泵模块，所述水泵模块包括水泵，所述水泵通过水泵继电器连接所述单片机，所述步进电机模块包括步进电机，所述步进电机通过步进电机驱动器连接所述单片机，所述的气泵模块包括气泵，所述气泵通过气泵继电器连接所述单片机。

2.如权利要求1所述用于汞离子检测系统的单片机控制装置，其特征在于，所述单片机连接控制面板。

3.如权利要求2所述用于汞离子检测系统的单片机控制装置，其特征在于，还包括有电源模块，用于为所述气泵，水泵，步进电机以及单片机提供相应的工作电压。

4.如权利要求3所述用于汞离子检测系统的单片机控制装置，其特征在于，所述单片机采用STC89C51单片机，第40引脚接VCC5V直流电源和LED灯，用于指示电源的工作状态，第20引脚接地，第9引脚为复位引脚，当设备死机或者程序故障时，通过开关SW可对设备进行复位操作，使程序回到起始状态，第18和第19引脚接振荡电路，为系统提供基本的时钟信号，第32引脚接一路光电耦合继电器，对应气泵，而第33引脚接一路光电耦合继电器，对应水泵，第34-37引脚接步进电机驱动器，对应步进电机。