基于ARM的全自動(dòng)固相萃取儀設(shè)計(jì)研究論文

Word-5-基于ARM的全自動(dòng)固相萃取儀設(shè)計(jì)研究論文

引言

樣品前處理是食品平安分析檢測(cè)過程的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，樣品前處理好壞與否，將對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成直接影響，樣品前處理是制約檢測(cè)速度、精確?????度和敏捷度的瓶頸問題。固相萃取相對(duì)離心、透析、蒸餾、沉淀、過濾、索氏提取等，具有樣品轉(zhuǎn)移少、蒸發(fā)少、污染小、挑選性強(qiáng)、分別時(shí)光短、使用有機(jī)溶劑少、回收率高、重臨性好等特征，可以有效將分析物與干擾組分分別，是目前快速進(jìn)展的樣品分析前處理技術(shù)。固相萃取廣泛應(yīng)用于食品平安檢測(cè)試驗(yàn)室，萃取操作大部分采納手工萃取裝置，難以實(shí)現(xiàn)食品分析檢測(cè)要求的高通量、高效率，難以達(dá)到迅速、高效、精確?????的要求。本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)固相萃取儀可以把分析檢測(cè)人員從復(fù)雜繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來，且可以實(shí)現(xiàn)樣品的高通量、高效率處理，實(shí)現(xiàn)固相萃取的自動(dòng)化、智能化。

1固相萃取儀基本工作原理

1.1樣品前處理中的固相萃取法

固相萃取(SolidPhaseExtrtaction,SPE)是近年來國(guó)外新開發(fā)的一種樣品前處理技術(shù)，由液固相萃取和柱液相色譜技術(shù)相結(jié)合進(jìn)展而來，主要用于任務(wù)化合物的分別、純化和濃縮。SPE是一個(gè)包括液相和固相的物理萃取過程，在SPE過程中，固相對(duì)分析物的吸附力大于樣品母液，當(dāng)樣品利用SPE柱時(shí)，分析物被吸附在固體表面，其他組分則隨樣品母液利用柱子，最后用適當(dāng)?shù)娜軇⒎治鑫锵疵撓聛怼PE操作普通有六步，分離是樣品前處理(這一步不包括在SPE過程中)、SPE溶劑活化、SPE助平衡、樣品加入、沖洗填料、洗脫感愛好的化合物。

1.2全自動(dòng)固相萃取儀萃取功能實(shí)現(xiàn)

全自動(dòng)固相萃取儀利用三維機(jī)械臂和高精度蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)固相萃取的自動(dòng)化。三維機(jī)械臂由X軸載動(dòng)系統(tǒng)、Y軸載動(dòng)系統(tǒng)和Z軸升降系統(tǒng)組成。其中Z軸升降裝置上固定有12跟取樣針管，針管與多通道蠕動(dòng)泵上的12跟硅膠管相連;Z軸升降系統(tǒng)固定在X軸載動(dòng)系統(tǒng)的滑塊上，在滑塊的帶動(dòng)下，取樣針管可運(yùn)動(dòng)到儀器背板各個(gè)溶劑盒上方;Y軸載動(dòng)系統(tǒng)可往返推動(dòng)固相萃取小柱支架，使其可以在廢液搜集池和回收試管上方運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)利用機(jī)械臂的三維運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)固相萃取的活化、平衡、上樣、淋洗、洗脫過程中的定位，利用蠕動(dòng)泵泵液實(shí)現(xiàn)過柱樣品和溶劑的添加。機(jī)械結(jié)構(gòu)采納SolidWorks2022三維軟件對(duì)全自動(dòng)固相萃取儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)舉行設(shè)計(jì)。

2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

全自動(dòng)固相萃取儀控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)三軸載動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制和蠕動(dòng)泵的泵液控制，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)采納ARM9和Cortex-M3內(nèi)核微處理器構(gòu)成的上下位機(jī)架構(gòu)，控制核心分離為S3C2440和STM32F103RBT6。上位機(jī)采納Micro2440開發(fā)板，搭載嵌入式WinCE操作系統(tǒng)，基于WinCE設(shè)計(jì)系統(tǒng)的操控軟件，控制取樣蠕動(dòng)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)并利用數(shù)據(jù)接口和下位機(jī)舉行通訊，發(fā)送操控指令。與下位機(jī)銜接的硬件模塊包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、電源模塊等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)載動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)的電機(jī)，光電傳感器用于載動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)原點(diǎn)控制。

3控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1電源設(shè)計(jì)

按照系統(tǒng)硬件模塊不同，所需的電壓也不同。系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、光電傳感器、單片機(jī)的工作電壓分離為24V、24V和3.3V。其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和光電傳感器直接采納開關(guān)電源24V輸出端供電，采納ASM1117-3.3將開關(guān)電源的5V輸出端轉(zhuǎn)為3.3V電壓給單片機(jī)供電。

3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片挑選東芝公司的THB6064H，驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3所示。THB6064H內(nèi)部集成了續(xù)流二極管，不需要外接肖特基二極管來泄放繞組電流，2相輸出端口OUTA和OUTB直接與步進(jìn)電機(jī)相連，選用0.25歐姆，2W的大功率電阻銜接至A、B兩相的電流檢測(cè)端NFA、NFB。為解決步進(jìn)電機(jī)低頻振動(dòng)大、噪聲大的問題，采納了細(xì)分方式，利用M1、M2、M3外接撥碼開關(guān)來設(shè)定不同的細(xì)分值，最多設(shè)置64細(xì)分。

3.3光電傳感器檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

為了對(duì)載動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)舉行精確?????定位和零點(diǎn)控制，采納槽形光EE-SX670，將其安放在X軸、Y軸與Z軸的零點(diǎn)位置。EE-SX670擁有50到100mA的開關(guān)本事，采納NPN輸出模式，反應(yīng)頻率高達(dá)1KHz。因?yàn)殡娫创嬖跊_擊電壓，在EE-SX672的電源輸入端和地之間需要并聯(lián)一個(gè)耐壓值30V~35V的齊納二極管和0.01uF的電容汲取沖擊電壓。為了使傳感器的輸出信號(hào)穩(wěn)定，輸出端外接一個(gè)4.7千歐的、0.5W的電阻上拉至24V電源端。STM32的每個(gè)IO都能夠作為中斷輸入，EE-SX670的輸出信號(hào)需要給STM32的外部中斷端口，而STM32的IO輸入電壓為3.3V，所以EE-SX670的輸出信號(hào)需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后才干銜接到STI32的IO端口。

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件與硬件電路緊密結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)固相萃取儀的控制。本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)固相萃取儀是集計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制與實(shí)時(shí)性狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析于一體的自動(dòng)化系統(tǒng)，要求系統(tǒng)可以穩(wěn)定牢靠的處理人機(jī)界面發(fā)出的指令哀求，實(shí)時(shí)處理收發(fā)數(shù)據(jù)，提供友好的操控界面?；谝陨弦螅鞠到y(tǒng)采納WindowsCE6.0作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，按照實(shí)際需要對(duì)內(nèi)核舉行了適當(dāng)?shù)摹２眉?。，采納VisualStudio2022開發(fā)應(yīng)用軟件?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和三軸運(yùn)動(dòng)和蠕動(dòng)泵控制軟件設(shè)計(jì)。

兩種模式都要求精確?????控制X軸載動(dòng)裝系統(tǒng)、Y軸載動(dòng)系統(tǒng)和Z軸升降系統(tǒng)的定位和蠕動(dòng)泵的泵液量。系統(tǒng)三個(gè)載動(dòng)軸的定位采納步進(jìn)電機(jī)作為落實(shí)機(jī)構(gòu)，利用STM32的定時(shí)器TIM來產(chǎn)生PWM信號(hào)，輸出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片上驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，蠕動(dòng)泵的控制則利用上位機(jī)的串行通信接口實(shí)現(xiàn)。

5試驗(yàn)結(jié)果

采納三聚氰胺HPLC-UV辦法對(duì)三聚氰胺舉行檢測(cè)的過程中，采納儀器舉行樣品的凈化處理，用儀器對(duì)樣品舉行萃取凈化后，對(duì)搜集液用50℃的氮?dú)獯蹈?，?0%的甲醇水溶液進(jìn)定容至2ml，用HPLC(高效液相色譜法)舉行分析。

6結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的全自動(dòng)固相萃取儀采納SolidWorks三維軟件對(duì)儀器機(jī)械機(jī)構(gòu)舉行設(shè)計(jì)，采納ARM9和Cortex-M3雙核架構(gòu)，基于WindowsCE6.0嵌入式操作系統(tǒng)用Visua