CN112098480A - 一种通道数量可调的电化学传感器切换开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，涉及传感器切换开关技术领域。本发明包括切换系统，切换系统包括测试通道数量选择电路、测试通道切换电路、Type‑C接口以及电化学工作站通用接口,本发明通过设置多通道传感器转换装置，可以将传感器发出的并发的多通道信号按顺序分时依次传送给电化学检测仪器进行处理，实现了在普通单通道电化学工作站上进行多通道切换检测的功能，并可以根据实际电极通道数量改变测试通道数量。电极采用USB Type‑C口连接转换器，相比电化学传感器中传统的电极接口而言，Type‑C接口显示出特有的优势，其接口更轻薄、可扩展能力更强大，有利于兼容各种微型电化学传感器。另外，Type C接口具有多种可扩展各种功能。

Description

一种通道数量可调的电化学传感器切换开关
技术领域
本发明属于传感器切换开关技术领域，特别是涉及一种通道数量可调的电化学传感器切换开关。
背景技术
电化学平台因其设备简单、极易小型化，灵敏度高、操作简便等优点被广泛应用于多个分析领域。一台便携式电化学检测仪和可丢弃的芯片电极组成了整个分析系统，为其作为现场检测(POTC)开发平台提供了可能。目前常用的便携式电化学法检测设备一般为单通道检测，即一次进样只能检测一个样品或一个项目，无法处理多条通道的信号，大大限制了检测效率。而现有的多通道电化学分析仪价格昂贵、设备庞大不便携，无法满足现场快速检测的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，以解决了现有的问题：一般为单通道检测，即一次进样只能检测一个样品或一个项目，无法处理多条通道的信号，大大限制了检测效率。而现有的多通道电化学分析仪价格昂贵、设备庞大不便携，无法满足现场快速检测的需求。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，包括切换系统，所述切换系统包括测试通道数量选择电路、测试通道切换电路、Type-C接口以及电化学工作站通用接口,所述测试通道数量选择电路主要由 CD4516可逆计数芯片、CD4017十进制计数芯片以及相关外围电路组成，所述测试通道切换电路主要由多路电子开关、74LS90二进制计数芯片和 CD4017十进制计数芯片以及相关外围电路组成。
进一步地，所述切换系统的电路主要有74LS123单稳态触发器、按钮 SW1、按钮SW2、按钮SW3、可逆计数芯片CD4516、与门逻辑芯片74LS08、十进制计数芯片CD4017、二进制计数芯片74LS90、单路8：1多路复用芯片MAX4638、非门逻辑芯片、74LS04、接口接多通道电化学传感器、接口接电化学工作站组成。
进一步地，所述74LS90芯片的四路输出电平提供MAX4638芯片的四路输入电平，当74LS90有脉冲输入时，四路输出电平改变，相对应的MAX4638 芯片的四路输入电平改变，引发输出通道发生改变，完成测试通道的切换。
进一步地，所述CD4017的计数功能控制前述电路中的CD4017输出引脚与复位引脚之间的连通。
进一步地，所述单稳态触发器74LS123，将按钮SW1和SW2的通断操作转化为各芯片所需要的时钟脉冲信号，每按键一次，发出一次脉冲信号。
进一步地，所述按钮SW1发出测试通道数量选择信号，所述按钮SW2 发出测试通道切换信号，所述按钮SW3发出测试通道复位信号。
进一步地，所述可逆计数芯片CD4516接收SW1通过74LS123单稳态触发器产生的脉冲，向用于显示测试通道数量的数码管BCD1输出信号。
进一步地，所述二进制计数芯片74LS90接收SW2发出的计数脉冲和十进制计数芯片CD4017发出的复位信号，向后续电路发出信号，所述二进制计数芯片74LS90向通道切换芯片单路8：1多路复用芯片MAX4638发出所需的信号。
进一步地，所述接口接多通道电化学传感器为USBType-C公头，对应插采用USBType-C母头内芯接口设计的多通道电化学传感器。
进一步地，所述接口接电化学工作站的接口形式对应电化学工作站电极接口，三个端口分别对应电化学工作站的工作电极、参比电极和对电极。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置多通道传感器转换装置，可以将传感器发出的并发的多通道信号按顺序分时依次传送给电化学检测仪器进行处理，实现了在普通单通道电化学工作站上进行多通道切换检测的功能，并可以根据实际电极通道数量改变测试通道数量。电极采用USBType-C口连接转换器，相比电化学传感器中传统的电极接口而言，Type-C接口显示出特有的优势，其接口更轻薄、可扩展能力更强大，有利于兼容各种微型电化学传感器。另外，TypeC接口具有多种可扩展各种功能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，包括切换系统，切换系统包括测试通道数量选择电路、测试通道切换电路、Type-C接口以及电化学工作站通用接口,测试通道数量选择电路主要由CD4516可逆计数芯片、CD4017十进制计数芯片以及相关外围电路组成，测试通道切换电路主要由多路电子开关、74LS90二进制计数芯片和CD4017 十进制计数芯片以及相关外围电路组成。
切换系统的电路主要有74LS123单稳态触发器、按钮SW1、按钮SW2、按钮SW3、可逆计数芯片CD4516、与门逻辑芯片74LS08、十进制计数芯片 CD4017、二进制计数芯片74LS90、单路8：1多路复用芯片MAX4638、非门逻辑芯片、74LS04、接口接多通道电化学传感器、接口接电化学工作站组成，以便高效、快速现场检测。
74LS90芯片的四路输出电平提供MAX4638芯片的四路输入电平，当 74LS90有脉冲输入时，四路输出电平改变，相对应的MAX4638芯片的四路输入电平改变，引发输出通道发生改变，完成测试通道的切换，利用第二片74LS90芯片使测试通道指示功能前置，避免了在MAX4638后端增加测试通道指示功能会造成的测试信号衰减、干扰等不利因素。
CD4017的计数功能控制前述电路中的CD4017输出引脚与复位引脚之间的连通，实现计数达到所选测试通道数量即进行复位的目的。
单稳态触发器74LS123，将按钮SW1和SW2的通断操作转化为各芯片所需要的时钟脉冲信号，每按键一次，发出一次脉冲信号，以便感应信号。
按钮SW1发出测试通道数量选择信号，按钮SW2发出测试通道切换信号，按钮SW3发出测试通道复位信号，以便控制。
可逆计数芯片CD4516接收SW1通过74LS123单稳态触发器产生的脉冲，向用于显示测试通道数量的数码管BCD1输出信号，便于显示。
二进制计数芯片74LS90接收SW2发出的计数脉冲和十进制计数芯片 CD4017发出的复位信号，向后续电路发出信号，二进制计数芯片74LS90向通道切换芯片单路8：1多路复用芯片MAX4638发出所需的信号，可以将电路耗损降到最低。
接口接多通道电化学传感器为USBType-C公头，对应插采用USBType-C 母头内芯接口设计的多通道电化学传感器，便于改变接口。
接口接电化学工作站的接口形式对应电化学工作站电极接口，三个端口分别对应电化学工作站的工作电极、参比电极和对电极，便于使用。
本实施例的一个具体应用为：设备开机后，系统处于初始状态，十进制计数芯片CD4017在Q0引脚输出高电平，使十进制计数芯片CD4017的Q1 引脚与MR复位引脚连通，最大测试通道数量为0，可逆计数芯片CD4516输出值为0的BCD码并在BCD1显示。十进制计数芯片CD4017在Q0引脚输出高电平，二进制计数芯片74LS90均处于复位状态，BCD2显示测试通道为“0”，单路8：1多路复用芯片MAX4638的EN引脚为低电平，处于禁止状态，测试通道全部关闭。
按下SW1，通过74LS123单稳态触发器向可逆计数芯片CD4516和十进制计数芯片CD4017发出单脉冲信号。可逆计数芯片CD4516接收信号后，向BCD1发出显示“1”的BCD码。十进制计数芯片CD4017接收信号后，计数加一，Q1引脚输出高电平，使十进制计数芯片CD4017的Q2引脚与MR复位引脚连通，最大测试通道数量为1。
每按下SW1一次，重复上述过程，使最大测试通道数量加一。
当达到最大设计通道数量8，第九次按下SW1后，由于十进制计数芯片 CD4017的Q9引脚与十进制计数芯片CD4017复位引脚MR接通，此时十进制计数芯片CD4017的Q9向十进制计数芯片CD4017的MR输出高电平，十进制计数芯片CD4017复位，Q0重新输出高电平，最大测试通道数量为0。可逆计数芯片CD4516则输出值为9的BCD码信号，Q0和Q3同时输出高电平，与门逻辑芯片74LS08向可逆计数芯片CD4516复位引脚MR输出高电平，可逆计数芯片CD4516复位重新输出“0”。系统等待重新选择测试通道数量。
在本例中，按SW1八次，测试通道数量为8，三极管Q9打开，十进制计数芯片CD4017的Q9引脚与十进制计数芯片CD4017的MR引脚连通。
测试通道数量选择完成后，即可以进行测试工作。
将芯片电极插入电极接口，按下SW2，通过74LS123单稳态触发器同时向十进制计数芯片CD4017、二进制计数芯片74LS90发出单脉冲信号。十进制计数芯片CD4017接收脉冲信号后，Q1引脚发出高电平信号，同时Q0引脚输出由高电平转为低电平，二进制计数芯片74LS90由复位状态转入工作状态。与此同时，二进制计数芯片74LS90接收到74LS123单稳态触发器发出的单脉冲信号，二进制计数芯片74LS90向单路8：1多路复用芯片MAX4638 发出四路电平信号(低、低、低、低)，经非门逻辑芯片74LS04反转后，单路8：1多路复用芯片MAX4638接收到四路电平信号(低、低、低、高)，通道1打开，芯片电极的通道1与电化学工作站连接，此时可进行通道1 的电化学测试工作。
依次按下SW2，系统将依次工作，输出下一计数信号，重复上述动作，进行通道2～8的电化学测试工作。
当完成通道8的测试工作后，第九次按下SW2，十进制计数芯片CD4017 的Q9引脚发出高电平信号，由于此时十进制计数芯片CD4017的Q9与十进制计数芯片CD4017的MR接通，十进制计数芯片CD4017芯片进行复位操作， Q0引脚重新发出高电平信号。二进制计数芯片74LS90的R9(1)和R9(2)端口接收到高电平信号，芯片复位，四路输出(Q1、Q2、Q3、Q4)电平为高、低、低、高，其中Q4的高电平输出经非门逻辑芯片74LS04反转后将低电平输出至单路8：1多路复用芯片MAX4638的EN引脚，单路8：1多路复用芯片MAX4638的EN引脚接收到低电平信号后，进入禁止状态，通道全部关闭。二进制计数芯片74LS90的R0(1)和R0(2)端口接收到高电平信号，芯片复位，四路输出(Q1、Q2、Q3、Q4)电平为低、低、低、低，BCD码值为“0”，BCD2显示“0”，表示测试通道全部关闭。系统进入准备测试状态，等待更换电极进行下一组测试工作。
此时一个工作循环完成。
此外当按钮SW3按下时，十进制计数芯片CD4017的MR复位端口接收到高电平信号，十进制计数芯片CD4017将直接复位，Q0输出高电平，使二进制计数芯片74LS90、单路8：1多路复用芯片MAX4638复位，停止当前芯片的测试工作，系统进入准备测试状态。
当测试通道数量为8时，SW2按键动作与通道切换电路部分各芯 片输入输出对应关系见图1。当测试通道数量小于8时，在实际最大 测试通道测试完成后，按下SW2将返回Q0输出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，包括切换系统，其特征在于：所述切换系统包括测试通道数量选择电路、测试通道切换电路、Type-C接口以及电化学工作站通用接口,所述测试通道数量选择电路主要由CD4516可逆计数芯片、CD4017十进制计数芯片以及相关外围电路组成，所述测试通道切换电路主要由多路电子开关、74LS90二进制计数芯片和CD4017十进制计数芯片以及相关外围电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述切换系统的电路主要有74LS123单稳态触发器、按钮SW1、按钮SW2、按钮SW3、可逆计数芯片CD4516、与门逻辑芯片74LS08、十进制计数芯片CD4017、二进制计数芯片74LS90、单路8：1多路复用芯片MAX4638、非门逻辑芯片74LS04、接口接多通道电化学传感器、接口接电化学工作站组成。
3.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述74LS90芯片的四路输出电平提供MAX4638芯片的四路输入电平，当74LS90有脉冲输入时，四路输出电平改变，相对应的MAX4638芯片的四路输入电平改变，引发输出通道发生改变，完成测试通道的切换。
4.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述CD4017的计数功能控制前述电路中的CD4017输出引脚与复位引脚之间的连通。
5.根据权利要求2所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述单稳态触发器74LS123，将按钮SW1和SW2的通断操作转化为各芯片所需要的时钟脉冲信号，每按键一次，发出一次脉冲信号。
6.根据权利要求2所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述按钮SW1发出测试通道数量选择信号，所述按钮SW2发出测试通道切换信号，所述按钮SW3发出测试通道复位信号。
7.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述可逆计数芯片CD4516接收SW1通过74LS123单稳态触发器产生的脉冲，向用于显示测试通道数量的数码管BCD1输出信号。
8.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述二进制计数芯片74LS90接收SW2发出的计数脉冲和十进制计数芯片CD4017发出的复位信号，向后续电路发出信号，所述二进制计数芯片74LS90向通道切换芯片单路8：1多路复用芯片MAX4638发出所需的信号。
9.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述接口接多通道电化学传感器为USB Type-C公头，对应插采用USB Type-C母头内芯接口设计的多通道电化学传感器。
10.根据权利要求1所述的一种通道数量可调的电化学传感器切换开关，其特征在于，所述接口接电化学工作站的接口形式对应电化学工作站电极接口，三个端口分别对应电化学工作站的工作电极、参比电极和对电极。
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