冷却液离子检测设备控制系统的制作方法

本实用新型属于冷却液中有害元素化学成分分析测试技术领域，涉及一种冷却液离子检测设备控制系统。

背景技术：

冷却液在机车运行中起着至关重要的作用。冷却液的品质对机车性能和寿命有直接影响，使用时需要对各主要离子的浓度进行必要的检测，其中最主要的就是对钙镁离子浓度、氯离子浓度以及离子总浓度的检测。

传统钙镁离子浓度检测和氯离子浓度检测都是采用滴定法，试验比较复杂(需配置指示剂和滴定液，每次实验只能测试一个参数)，需要具有专业技术操作水平的人进行长时间连续工作，工作强度较大，检测周期长，且人为参与造成的误差不可避免，还易产生工业污染；而离子总浓度检测起来更加困难，需要把各种离子的浓度都检测出来才可以得到总浓度，从实际情况来看是不可行的，科技的发展迫切需要一种设备能够实现对三种要求的一次检测。

技术实现要素：

本实用新型提出一种冷却液离子检测设备控制系统，解决了现有技术中检测过程复杂，对操作人员要求高，检测周期长的技术问题。

本实用新型的的技术方案是这样实现的：

冷却液离子检测设备控制系统，包括控制器，以及与所述控制器均连接的温度传感器、数据存储模块、升降臂驱动模块和数据采集模块，所述数据采集模块与离子检测系统和电导率检测模块连接。

作为进一步的技术方案，所述离子检测系统包括钙镁离子检测模块和氯离子检测模块。

作为进一步的技术方案，还包括均与所述控制器连接的数据存储模块、计算机传输接口、仿真器、稳压器和打印机，所述数据存储模块采用24C02器件。

作为进一步的技术方案，所述控制器型号为STM32F103RBT6，所述温度传感器型号为DS18B20，所述计算机传输接口为RS-232计算机通讯接口，所述仿真器采用JTAG调试口，所述稳压器为AMS1117-3.3稳压器。

作为进一步的技术方案，所述钙镁离子检测模块和所述氯离子检测模块均设有依次连接的TN2-12V继电器、AD549放大器和LF353双路放大器，所述TN2-12V继电器一端与所述控制器连接，另一端与所述AD549放大器连接。

作为进一步的技术方案，所述升降臂驱动模块包括依次连接的74HC574芯片和ULN2803芯片，所述74HC574芯片与所述控制器连接，所述ULN2803芯片与升降臂驱动电机连接。

作为进一步的技术方案，所述数据采集模块型号为AD7606。

作为进一步的技术方案，还包括升降臂检测模块，所述升降臂检测模块包括BOTT模块和TOP模块，均与所述控制器连接。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型采用电极法对冷却液不同离子浓度进行检测。整个检测系统通过控制器进行控制。工作时，将待测样品放置到指定位置，设备将通过位置传感器自动感应出电极与冷却液的位置关系，并通过升降臂驱动模块调节升降臂位置，使得电极进入冷却液内，开始对样品进行检测。此时，各电极将输出不同电压，由离子检测系统和电导率检测模块将对应检测电极获得的电信号进行放大，经数据采集模块转化为数字信号并输送至控制器，再由控制器将所获得的数字信号进行分析处理，得出钙镁离子和氯离子浓度，及冷却液的电导率，再结合温度传感器所测得的环境温度，根据电导率、温度与离子总浓度之间的关系式，推算出所测样品的离子总浓度，并通过显示器输出结果，同时将结果自动存储至数据存储模块，以便后续调取或输出。

本实用新型采用微处理器控制，通过电极法实现冷却液中各离子参数的测试，且仅需测试电导率和环境温度即可得出离子总浓度(量程为0.1—1000mg/L，精度可达0.1mg/L)，避免了滴定法测试离子总浓度的繁琐工序。通过这一方式 可快速测试不同离子浓度和离子总浓度，测试周期仅5分钟，大大节省了工作时间，提高了工作效率，缩短了测试周期。整个检测过程可实现一键操作，自动化程度高，简便易学，操作人员不需要具备高深技能便可顺利完成整个实验过程，有效节省了工作量、劳动强度、工作时间和生产成本。同时，使用本仪器，可以一次性完成三种参数的测量，可快速对机车冷却液的各指标进行检测，为机车的日常保养维护提供依据，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，缩短了检测周期，有效减少了机车主冷却系统日常维护成本，降低了机车故障率，市场前景广阔。

2、本实用新型中离子检测系统包括钙镁离子检测模块和氯离子检测模块，分别与钙镁离子检测电极和氯离子检测电极连接，用于测试冷却液中钙镁离子和氯离子浓度。这一设置满足离子检测设备的使用需求，所测离子浓度范围为：钙镁离子浓度：0.01—5.00mmol/L，氯离子浓度：0—150mg/L；所测离子检测精度为：钙镁离子检测精度：0.01—0.12mmol/L，氯离子检测精度：0.6--6mg/L。

3、本实用新型中数据存储模块的设置使得设备具有很好的掉电保持功能，可储存断电前的100条实验数据，方便用户之后对其进行调取。另外，设备还设有USB和RS232等计算机传输接口，便于数据传输与管理，可随时将数据传送到计算机中进行分析和统计，符合用户使用需求，设计科学合理。打印机的设置，使得设备在检测完成后，可根据需要随时将检测结果打印出来，便于后续查看或存储，实现了设备的多功能性，设计科学合理，符合用户使用需求。

其中，数据存储模块采用24C02器件，用于掉电数据保存。因为单片机内部没有EEPROM，所以电路外扩了24C02，该芯片的容量为2Kbit，也就是256个字节，用于存储重要数据，该芯片直接挂在STM32的IO口上。该芯片可自动递增地址，具有高可靠性，擦写寿命可达100万次，数据保持时间可达100年。

4、本实用新型中钙镁离子检测模块和氯离子检测模块均通过TN2-12V继电器导通，通过AD549极低偏置电流运算放大。其中，AD549是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。再通过LF353双路放大器通用JFET输入运算放大器。

5、本实用新型中控制器可直接控制74HC574驱动ULN2803，进而控制升降臂驱动电机正转或反转，从而实现升降臂的上升或下降，进一步带动设置在升降装置上的电极位置的改变，使其更好的满足离子测试的需要。这一设计实现了升降臂的智能控制，保证了升降臂运行的精确性，从而保证了离子测试的准确性和稳定性。

6、本实用新型中BOTT模块用于检测升降臂是否到达最底部下限，TOP模块用于检测升降臂是否到达最顶部上限。在升降臂到达规定量程的上限或下限时自动停止，保证了设备使用时的安全性，避免出现意外事故，设计简单、科学、合理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型控制系统框线示意图；

图2为本实用新型中控制器电路原理图；

图3为本实用新型中升降臂驱动模块电路原理图；

图4为本实用新型中仿真器电路原理图；

图5为本实用新型中稳压器电路原理图；

图6为本实用新型中升降臂检测模块的BOTT模块电路原理图；

图7为本实用新型中升降臂检测模块的TOP模块电路原理图；

图8为本实用新型中计算机传输接口电路原理图；

图9为本实用新型中打印机电路原理图；

图中：1-控制器，2-温度传感器，3-离子检测系统，31-钙镁离子检测模块，32-氯离子检测模块，4-电导率检测模块，5-数据存储模块，6-升降臂驱动模块， 7-仿真器，8-稳压器，9-升降臂检测模块，10-数据采集模块，11-计算机传输接口，12-打印机，13-显示器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～9所示，本实用新型提出一种冷却液离子检测设备控制系统，包括控制器1，以及与控制器1均连接的温度传感器2、数据存储模块5、升降臂驱动模块6和数据采集模块10，数据采集模块10与离子检测系统3和电导率检测模块4连接。

本实用新型采用电极法对冷却液不同离子浓度进行检测。整个检测系统通过控制器1进行控制。工作时，将待测样品放置到指定位置，设备将通过位置传感器自动感应出电极与冷却液的位置关系，并通过升降臂驱动模块6调节升降臂位置，使得电极进入冷却液内，开始对样品进行检测。此时，各电极将输出不同电压，由离子检测系统3和电导率检测模块4将对应检测电极获得的电信号进行放大，经数据采集模块10(图2中P9和P10通过焊接跳线焊接在数据采集模块10上)转化为数字信号并输送至控制器1，再由控制器1将所获得的数字信号进行分析处理，得出钙镁离子和氯离子浓度，及冷却液的电导率，再结合温度传感器2所测得的环境温度，根据电导率、温度与离子总浓度之间的关系式，推算出所测样品的离子总浓度，并通过显示器13输出结果，同时将结果自动存储至数据存储模块5，以便后续调取或输出。

本实用新型采用微处理器控制，通过电极法实现冷却液中各离子参数的测试，且仅需测试电导率和环境温度即可得出离子总浓度(量程为0.1—1000mg/L，精度可达0.1mg/L)，避免了滴定法测试离子总浓度的繁琐工序。通过这一方式可快速测试不同离子浓度和离子总浓度，测试周期仅5分钟，大大节省了工作时间，提高了工作效率，缩短了测试周期。整个检测过程可实现一键操作，自 动化程度高，简便易学，操作人员不需要具备高深技能便可顺利完成整个实验过程，有效节省了工作量、劳动强度、工作时间和生产成本。同时，使用本仪器，可以一次性完成三种参数的测量，可快速对机车冷却液的各指标进行检测，为机车的日常保养维护提供依据，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，缩短了检测周期，有效减少了机车主冷却系统日常维护成本，降低了机车故障率，市场前景广阔。

进一步，离子检测系统3包括钙镁离子检测模块31和氯离子检测模块32。

离子检测系统3包括钙镁离子检测模块31和氯离子检测模块32，分别与钙镁离子检测电极和氯离子检测电极连接，用于测试冷却液中钙镁离子和氯离子浓度。这一设置满足离子检测设备的使用需求，所测离子浓度范围为：钙镁离子浓度：0.01—5.00mmol/L，氯离子浓度：0—150mg/L；所测离子检测精度为：钙镁离子检测精度：0.01—0.12mmol/L，氯离子检测精度：0.6--6mg/L。

进一步，还包括均与控制器1连接的数据存储模块5、计算机传输接口11、仿真器7、稳压器8和打印机12，数据存储模块5采用24C02器件。

控制器1与数据存储模块5、计算机传输接口11、仿真器7、稳压器8和打印机12连接。数据存储模块5的设置使得设备具有很好的掉电保持功能，可储存断电前的100条实验数据，方便用户之后对其进行调取。另外，设备还设有USB和RS232等计算机传输接口11，便于数据传输与管理，可随时将数据传送到计算机中进行分析和统计，符合用户使用需求，设计科学合理。打印机12的设置，使得设备在检测完成后，可根据需要随时将检测结果打印出来，便于后续查看或存储，实现了设备的多功能性，设计科学合理，符合用户使用需求。

数据存储模块5采用24C02器件，用于掉电数据保存。因为单片机内部没有EEPROM，所以电路外扩了24C02，该芯片的容量为2Kbit，也就是256个字节，用于存储重要数据，该芯片直接挂在STM32的IO口上。该芯片可自动递增地址，具有高可靠性，擦写寿命可达100万次，数据保持时间可达100年。

进一步，控制器1型号为STM32F103RBT6，温度传感器2型号为DS18B20，计算机传输接口11为RS-232计算机通讯接口，仿真器7采用JTAG调试口，稳压器8为AMS1117-3.3稳压器。

进一步，钙镁离子检测模块31和氯离子检测模块32均设有依次连接的TN2-12V继电器、AD549放大器和LF353双路放大器，TN2-12V继电器一端与控制器1连接，另一端与AD549放大器连接。

钙镁离子检测模块31和氯离子检测模块32均通过TN2-12V继电器导通，通过AD549极低偏置电流运算放大。其中，AD549是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。再通过LF353双路放大器通用JFET输入运算放大器。

进一步，升降臂驱动模块6包括依次连接的74HC574芯片和ULN2803芯片，74HC574芯片与控制器1连接，ULN2803芯片与升降臂驱动电机连接。

控制器1可直接控制74HC574驱动ULN2803，进而控制升降臂驱动电机正转或反转，从而实现升降臂的上升或下降，进一步带动设置在升降装置上的电极位置的改变，使其更好的满足离子测试的需要。这一设计实现了升降臂的智能控制，保证了升降臂运行的精确性，从而保证了离子测试的准确性和稳定性。

进一步，数据采集模块10型号为AD7606。

数据采集模块10采用AD7606高精度16位ADC芯片，实现8路模拟输入，阻抗1M欧姆。这一设置无需负电源，无需前端模拟运放电路，可直接通过传感器输出，输入范围为±5V～±10V，可通过IO控制量程，分辨率为16位，最大采样频率可达200Ksps，支持8档过采样设置(可以有效降低抖动)内置基准单5V供电SPI接口或16位总线接口，接口IO电平可以是5V或3.3V。

进一步，还包括升降臂检测模块9，升降臂检测模块9包括BOTT模块和TOP模块，均与控制器1连接。

BOTT模块用于检测升降臂是否到达最底部下限，TOP模块用于检测升降臂是否到达最顶部上限。在升降臂到达规定量程的上限或下限时自动停止，保证了设备使用时的安全性，避免出现意外事故，设计简单、科学、合理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。