一种新型智能移液机及系统的制作方法

本实用新型涉及一种新型智能移液机及系统，属于自动化技术领域。

背景技术：

在化工领域，不论在化学实验阶段还是产品生产阶段，都需要对化学试剂反复进行定量添加的操作，这就涉及到对液体流量的测量，现有的常用流量测量技术有涡轮式流量计，压差式流量计，超声流量计，电磁式流量计，但是都不能满足化学实验对流量测量精度的要求，就无法实现精确的流量控制。

目前，市场上并没有出现能对多种试剂进行高精度定量添加的低成本自动化设备，很多都是手动添加操作，实验工作强度大，精度不够高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术中不能对多种试剂进行高精度定量添加，提出一种新型智能移液机，可同时对4种以内的化学试剂进行滴定，PC端上位机对每一种化学试剂的量和总量进行设定，设定好后便可以自动完成配比，相比常规的滴定方式确实减轻工作量且精度得到了提高。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种新型智能移液机，包括一端开口状的外壳1、操作机构和控制操作面板4，控制操作面板4可对移液机停止/启动、移液平台上升下降、照明进行操作；移液机的顶端外部设有控制操作面板4、背部安装有4个蠕动泵2（可以添加4种不同的试剂，4个蠕动泵由控制操作面板下方的单片机智能控制电路来控制）、背部后下方设有电源座6和直流开关电源12、顶端内部设有照明灯13；所述操作机构由减速电机3、移液平台5、轴承固定座10、丝杆11、激光灯头14和称重传感器9组成，移液机内部的顶端中部安装有减速电机3，减速电机3和移液平台5通过丝杆11连接，丝杆11通过底部的轴承固定座10固定于移液机底部，移液平台5上设有激光灯头14，称重传感器9设于移液机内部底端、并与移液平台5对应，称重传感器9旁设有气泡水平仪8；所述控制操作面板4有电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20及移液机开关21构成，电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20与移液机开关21电性连接，移液平台上升指示灯16与移液平台上升按钮19电性连接，移液平台下降指示灯17与移液平台下降按钮18电性连接；移液平台5的两端设有移液平台固定孔23、中部设有激光对位孔24，移液平台固定孔23与激光灯头14的固定板连接，移液玻璃管出口22在对应蠕动泵2的位置设置、并均匀分布于激光对位孔24的周围；移液机底部四周设有可调式脚垫7，移液机在摆放时当看到气泡水平仪8的气泡不在正中央时，可通过调节四个角落的可调式脚垫7来实现。

所述直流开关电源12上设有保险丝，短路时起到安全断开的作用。

一种新型智能移液机系统，包括PC端上位机、转换电路、控制电路、升降电路、照明电路和上述所述的新型智能移液机；其中，移液机与PC端上位机连接，PC端上位机与控制电路连接，蠕动泵2与控制电路连接，称重传感器9与转换电路连接，转换电路、升降电路、照明电路分别与直流电源连接。

本实用新型中，PC端安装有上位机软件；外壳可为不锈钢外壳、塑料外壳等；减速电机为12V直流减速电机，称重传感器可采用桥式压力传感器，开关电源为12V直流开关电源；转换电路为HX711 AD转换电路，控制电路为单片机智能控制电路。

220V交流电连接到12V直流开关电源的火线L和零线N上，通过整流和降压成直流12V供HX711 AD转换电路、单片机智能控制电路、升降电路、照明电路使用；移液平台可根据实际需要的高度通过控制操作面板上的上升或下降按钮来调节，当移液机内的光线不够时可按下控制操作面板上的照明按钮来打开照明灯来照明，移液平台上面的激光灯头用于和量杯口对位。

本实用新型使用时，把移液机放到水平桌面上，当看到气泡水平仪的气泡不在正中央时，通过移液机下方的四个可调式脚垫来调节，直到气泡处于气泡水平仪的正中央，连接好电源线，打开电源开关，此时电源指示灯常亮，说明系统供电正常。移液机连接到PC端上位机上，在PC端上位机里设定好配比参数，然后把数据传送到单片机智能控制电路，单片机智能控制电路接到命令后控制对应的蠕动泵工作，称重传感器连接到HX711 AD转换电路，单片机智能控制电路时刻检测从HX711 AD转换电路传来的称重数据，以此来判断移液的完成情况，每触发一次移液机开关按钮，此系统就按照1～4号试剂的顺序进行一次定量的配比，且在添加每种试剂时均以完成上一个试剂添加后的测量总质量为零点。在添加每种试剂的过程中，程序将根据称重模块传回的实时数据控制蠕动泵的转速，初始时蠕动泵全速运转，当测量到所增加的质量快达到需要的90%时，蠕动泵就以低速的方式运行继续添加试剂，直到所添加的试剂质量达到用户设定所需的质量则立即停止。由于大多数添加试剂的精确密度未知，所以用户需要预先通过程序自动计算出该试剂的密度，具体步骤是在称重模块上放置一个空量杯，并将重量清零，在量杯中加入一定体积的所需添加试剂（比如1ml），称重得到其对应的质量，将这两个值输入相应的文本框中，程序即可计算得到该试剂的密度，在实验过程中用户输入所需的体积，系统根据之前计算得到的密度就能得出该试剂所需添加的质量，以此来实现精确控制。

针对不同高度的、不同体积的量杯，为了预防在移液过程中有液体飞溅出来，移液机内的移液平台是可以上下调节的，通过升降电路上的上升下降按钮来调节高低，当遇到一些口径不是很大的量杯，移液平台和量杯口的对位通过移液平台上的激光定位来实现，激光到达杯内说明移液口和量杯口是对齐的，可以移液了。在室内光线不太好或者晚上来操作移液机时，可按下照明电路上的照明按钮来给机器内部照明。

升降电路和照明电路中， MOTOR接线端子接12V减速电机，LIMIT1接线端子接上行程限位开关，LED1对应控制操作面板上的移液平台上升指示灯，SS轻触开关对应控制操作面板上的移液平台上升按钮；LIMIT2接线端子接下行程限位开关，LED2对应控制操作面板上的移液平台下降指示灯，S2轻触开关对应控制操作面板上的移液平台下降按钮。在默认状态下，双路继电器K1的常闭触点O1、O2分别与公共触点P1、P2连接，此时MOTOR接线端子的1脚接到上限位开关上，2脚接到12V电源的负极，当上行程限位开关未触发时，LIMIT1接线端子的1脚和2脚是连通的，此时按下轻触开关SS时，LED1灯点亮，12V减速电机正转，移液平台上升指示灯点亮，移液平台上升，直到移液平台触发到上行程限位开关时，LIMIT1接线端子的1脚和2脚断开，12V减速电机停止工作，这样可以避免丝杆上的移液平台超出丝杆行程而损坏12V减速电机；当按下轻触开关S2时，双路继电器K1的常开触点S1、S2分别与公共触点P1、P2连接，LIMIT2接线端子的1脚和2脚连通，MOTOR接线端子的1脚经过D1二极管和12V电源负极相连，MOTOR接线端子的2脚和12V正极相连，12V减速电机反转，LED2点亮，移液平台下降指示灯点亮，移液平台下降，直到移液平台触发到下行程限位开关时，LIMIT2接线端子的1脚和2脚断开，双路继电器K1的控制端失电，双路继电器K1的常闭触点O1、O2又分别与公共触点P1、P2连接，12V减速电机停止转动。照明电路为图的下部分，此电路中的REG1117-5.0稳压芯片给HX711 AD转换电路、单片机智能控制电路、照明电路和激光灯头提供5V的稳压直流电源，ZM接线端子和照明灯灯条连接，JG接线端子和激光灯头相连接，IN12V接线端子和12V直流开关电源的输出口相连接。通过REG1117-5.0稳压的直流5V电源经过电阻R3、R4、R6给电解电容C3充电，电解电容C3电压上升，当按下轻触开关S1，三极管T2导通，三极管T3的基极电位下降后导通，致使MOS管Q1导通，ZM接线端子的2脚和负极GND接通，照明灯被点亮，导通后通过电阻R5使三极管T2在松开轻触开关S1后基极继续保持高电平导通，电路正常工作，同时电解电容C3通过电阻R6、三极管T2进行放电，再次按下轻触开关S1时由于C3已经放电完毕，瞬间三极管T2的基极呈低电位，三极管T2截止，三极管T3的基极电位上升，三极管T3也截止，从而MOS管Q1截止，照明灯熄灭，电容C4用于去除轻触开关S1的抖动。

转换电路和控制电路中，电阻RX1、RX2、RX3、RX4组成了桥式压力传感器，位于桥式压力传感器的内部，当感受到压力的时候4个阻值会发生改变。接线端子JP4的3脚和4脚为通道 A 模拟差分信号输入，可直接与桥式压力传感器的差分输出相接，RX3和RX4的公共点与JP4的3脚相接，为通道 A的负极，RX1和RX2的公共点与JP4的4脚相接，为通道 A的正极。由于桥式传感器输出的信号较小，为了充分利用A/D 转换器的输入动态范围，通道A的可编程增益较大，为128 或64，而这些增益所对应的满量程差分输入电压分别±20mV 或±40mV。通道B模拟差分信号输入口为JP4的5脚和6脚，此通道为固定的32 增益，所对应的满量程差分输入电压为±80mV，通道B 应用于系统参数检测。称重数据和单片机STC15W4K32S4串口通讯由芯片HX711引脚PD_SCK和DOUT组成，用来输出数据，当数据输出引脚DOUT为高电平时，说明A/D 转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信号PD_SCK 为低电平；当DOUT 从高电平变低电平后，PD_SCK 引脚应输入25 至27 个不等的时钟脉冲，其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24 位数据的最高位，直至第24 个时钟脉冲完成，24 位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成，第25至27 个时钟脉冲用来选择下一次A/D 转换的输入通道和增益。引脚PD_SCK 、DOUT和单片机STC15W4K32S4的P5.0、P3.4引脚相连接。单片机智能控制电路为图的下部分，其中MOS管Q3、电阻R10、电容C7、二极管D5、接线端子PM1组成第一路蠕动泵驱动控制电路，MOS管Q5、电阻R12、电容C9、二极管D7、接线端子PM2组成第二路蠕动泵驱动控制电路，MOS管Q6、电阻R13、电容C10、二极管D8、接线端子PM3组成第三路蠕动泵驱动控制电路，MOS管Q4、电阻R11、电容C8、二极管D6、接线端子PM4组成第四路蠕动泵驱动控制电路，MOS管Q2、电阻R9、二极管D9、接线端子ZM1组成备用控制电路，可驱动继电器K2来控制大功率设备，这五路驱动控制电路工作原理相同，以第一路蠕动泵驱动控制电路为例，当MOS管Q3的栅极处于高电平时，MOS管Q3导通，接线端子PM1的1脚和负极GND接通，蠕动泵开始工作，当MOS管Q3的栅极处于低电平时，MOS管Q3截止，蠕动泵停止工作，通过单片机STC15W4K32S4的P3.7引脚输出PWM信号作用在MOS管Q3的栅极上时，就可以对接线端子PM1处的蠕动泵进行调速。接线端子XZ可以导入单片机驱动程序，还可以和PC端上位机进行通讯，其中P3.0、P3.1引脚为串口通讯接口。轻触开关S3为停止/启动按钮，当被按下时单片机检测到低电平，移液任务被执行，单片机STC15W4K32S4的P3.7、P4.2、P4.4、P2.1分别输出对应的控制信号来控制相应的蠕动泵工作。蜂鸣器SG1为操作提示声音。

本实用新型可同时对4种以内的化学试剂进行滴定，PC端上位机对每一种化学试剂的量和总量进行设定，设定好后便可以自动完成配比，减轻了工作量、提高了精度，同时也提高了实验和工作效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型控制操作面板结构示意图。

图3为本实用新型移液平台结构示意图。

图4为本实用新型系统原理示意框图。

图5为本实用新型升降电路示意图。

图6为本实用新型照明电路示意图。

图7为本实用新型转换电路示意图。

图8为本实用新型控制电路示意图。

图中：1-外壳，2-蠕动泵，3-减速电机，4-控制操作面板，5-移液平台，6-电源座，7-可调式脚垫，8-气泡水平仪，9-称重传感器，10-轴承固定座，11-丝杆，12-直流开关电源，13-照明灯，14-激光灯头，15-电源指示灯，16-移液平台上升指示灯，17-移液平台下降指示灯，18-移液平台下降按钮，19-移液平台上升按钮，20-照明按钮，21-移液机开关，22-移液玻璃管出口，23-移液平台固定孔，24-激光对位孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。

实施例1：如图1-8所示，本新型智能移液机，包括一端开口状的不锈钢外壳1、操作机构和控制操作面板4，控制操作面板4可对移液机停止/启动、移液平台上升下降、照明进行操作；移液机的顶端外部设有控制操作面板4、背部安装有4个蠕动泵2（可以添加4种不同的试剂，4个蠕动泵由控制操作面板下方的单片机智能控制电路来控制）、背部后下方设有电源座6和直流开关电源12、顶端内部设有照明灯13；操作机构由减速电机3、移液平台5、轴承固定座10、丝杆11、激光灯头14和称重传感器9组成，移液机内部的顶端中部安装有减速电机3，减速电机3和移液平台5通过丝杆11连接，丝杆11通过底部的轴承固定座10固定于移液机底部，移液平台5上设有激光灯头14，称重传感器9设于移液机内部底端、并与移液平台5对应，称重传感器9旁设有气泡水平仪8；控制操作面板4有电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20及移液机开关21构成，电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20与移液机开关21电性连接，移液平台上升指示灯16与移液平台上升按钮19电性连接，移液平台下降指示灯17与移液平台下降按钮18电性连接；移液平台5的两端设有移液平台固定孔23、中部设有激光对位孔24，移液平台固定孔23与激光灯头14的固定板连接，移液玻璃管出口22在对应蠕动泵2的位置设置、并均匀分布于激光对位孔24的周围；移液机底部四周设有可调式脚垫7，移液机在摆放时当看到气泡水平仪8的气泡不在正中央时，可通过调节四个角落的可调式脚垫7来实现。直流开关电源12上设有保险丝，短路时起到安全断开的作用。

减速电机为12V直流减速电机，称重传感器采用桥式压力传感器，开关电源为12V直流开关电源；转换电路为HX711 AD转换电路，控制电路为单片机智能控制电路。

一种新型智能移液机系统，包括PC端上位机、转换电路、控制电路、升降电路、照明电路和所述的新型智能移液机；其中，移液机与PC端上位机连接，PC端上位机与控制电路连接，蠕动泵2与控制电路连接，称重传感器9与转换电路连接，转换电路、升降电路、照明电路分别与直流电源连接。

实施例2：如图1-8所示，本新型智能移液机，包括一端开口状的塑料外壳1、操作机构和控制操作面板4，控制操作面板4可对移液机停止/启动、移液平台上升下降、照明进行操作；移液机的顶端外部设有控制操作面板4、背部安装有4个蠕动泵2（可以添加4种不同的试剂，4个蠕动泵由控制操作面板下方的单片机智能控制电路来控制）、背部后下方设有电源座6和直流开关电源12、顶端内部设有照明灯13；操作机构由减速电机3、移液平台5、轴承固定座10、丝杆11、激光灯头14和称重传感器9组成，移液机内部的顶端中部安装有减速电机3，减速电机3和移液平台5通过丝杆11连接，丝杆11通过底部的轴承固定座10固定于移液机底部，移液平台5上设有激光灯头14，称重传感器9设于移液机内部底端、并与移液平台5对应，称重传感器9旁设有气泡水平仪8；控制操作面板4有电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20及移液机开关21构成，电源指示灯15、移液平台上升指示灯16、移液平台下降指示灯17、移液平台下降按钮18、移液平台上升按钮19、照明按钮20与移液机开关21电性连接，移液平台上升指示灯16与移液平台上升按钮19电性连接，移液平台下降指示灯17与移液平台下降按钮18电性连接；移液平台5的两端设有移液平台固定孔23、中部设有激光对位孔24，移液平台固定孔23与激光灯头14的固定板连接，移液玻璃管出口22在对应蠕动泵2的位置设置、并均匀分布于激光对位孔24的周围；移液机底部四周设有可调式脚垫7，移液机在摆放时当看到气泡水平仪8的气泡不在正中央时，可通过调节四个角落的可调式脚垫7来实现。

减速电机为12V直流减速电机，称重传感器采用桥式压力传感器，开关电源为12V直流开关电源；转换电路为HX711 AD转换电路，控制电路为单片机智能控制电路。

一种新型智能移液机系统，包括PC端上位机、转换电路、控制电路、升降电路、照明电路和所述的新型智能移液机；其中，移液机与PC端上位机连接，PC端上位机与控制电路连接，蠕动泵2与控制电路连接，称重传感器9与转换电路连接，转换电路、升降电路、照明电路分别与直流电源连接。

上面结合附图对本实用新型的技术内容作了说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下对本实用新型的技术内容做出各种变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。