一种透析液电导率监测系统的制作方法

本发明涉及电路设计，尤其涉及一种透析液电导率监测系统。

背景技术：

1、电导率(conductivity)是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。电导率用希腊字母σ来表示。电导率σ的标准单位是西门子/米(简写做s/m)，为电阻率ρ的倒数，即σ＝1/ρ。

2、现有的测量系统因为输入信号幅值及频率固定，无法做到灵活适配，导致很多电路并不适应碳环和隔离柱内部的内径，会因为碳环和隔离柱内径的加工误差带来很大的测量误差，使得测量系统测量不精准，而且维护起来非常困难。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种透析液电导率监测系统，以解决上述技术问题，电路自动适应碳环和隔离柱内部的内径大小，测量误差非常小。自带碳环和隔离柱结钙检测功能，实现更方便简单的维护；输出信号采用mcu闭环控制，信号幅值可调，自动匹配电导头且自动校正。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透析液电导率监测系统，包括信号输入模块、mcu模块、通信模块、稳压模块、数据隔离模块、数据转换模块、温度测量模块；

3、信号输入模块的输出端、稳压模块的输出端和温度测量模块的输出端与mcu模块的输入端电性连接，数据隔离模块、数据转换模块和通信模块均与mcu模块双向电性连接；

4、信号输入模块用于生成电导检测的基准信号和检测头的输入信号；稳压模块用于提供稳定电压；温度测量模块用于测量标准液温度值；mcu模块用于进行数据处理；通信模块用于实现数据交互；数据隔离模块用于实现通讯数据隔离，数据转换模块用于转换输出数据。

5、上述方案中，电路自动适应碳环和隔离柱内部的内径大小，测量误差非常小。自带碳环和隔离柱结钙检测功能，实现更方便简单的维护；输出信号采用mcu闭环控制，信号幅值可调，自动匹配电导头且自动校正；采用can通讯，调试更方便。

6、mcu模块通过数模转换生成输出频率及幅值可调的正弦波作为电导检测的基准信号，mcu模块输出一直流电压叠加到基准电压后作为检测头的输入信号，信号通过碳环和隔离柱组件内流动的液体后，由于液体有内阻，信号经过它们后会降低，最终信号会输入到运算放大器，经过运算放大器放大限幅滤波后，一路作为最终输出的信号经过rc滤波电路后输出直流电压，mcu通过adc转换后，把直流电压转换为数字量，通过can总线发送出去。mcu模块输出直流叠加信号起到纠正正弦波的正负幅值不等，从而实现更精准的电导检测误差。

7、另一路信号作为结钙检测信号，经过放大限幅滤波后送入到mcu，实现自检是否结钙功能，对维护电导组件带来很大的方便。结钙检测原理是通过校正的电导组件后，mcu输出波形已固定，读取标准液经过后的电压数值，通过对比电压值后可以发现电导内部是否出现偏差，同时对比adc1和adc2两组的数值，再计算内径变化情况，如果有误差就认为是里面发生了结钙。

8、优选的，所述信号输入模块包括若干运算放大器，mcu模块输出的正弦波经过运算放大器组成的跟随器后，和另外一路信号使用加法器合拼，最终输出信号，并输出到外部的电导头；两路信号均经过电导头后输入到运算放大器进行检波反相放大，滤波后再通过运算放大器再次放大，得到直流电压输入mcu模块处理；其中，运算放大器第一次放大的级数多于第二次放大的级数。

9、优选的，所述信号输入模块包括电容c1～电容c10、电阻r1～电阻r23、二极管d1～d4、运算放大器u1～u8和5插件连接器；具体为：

10、mcu模块通过电阻r1与运算放大器u1的同相输入端电性连接，运算放大器u1的输出端与运算放大器u1的反相输入端和电阻r2的一端均电性连接；运算放大器u1的正负极均连接5v电压，且分别通过电容c1和电容c2接地；电阻r2的另一端与运算放大器u2的反相输入端电性连接，mcu模块通过电阻r3与运算放大器u2的同相输入端电性连接，且运算放大器u2的同相输入端通过电阻r4接地，运算放大器u2的输出端通过电阻r5与运算放大器u2的反相输入端电性连接，且连接5插件连接器的4引脚；

11、5插件连接器的2引脚通过电阻r6与运算放大器u3的同相输入端电性连接，且与运算放大器u4的反相输入端电性连接；运算放大器u3的输出端依次通过电容c3和电阻r7与运算放大器u4的反相输入端电性连接，且与运算放大器u3的反相输入端电性连接，运算放大器u3的正负极均连接5v电压，且分别通过电容c4和电容c5接地；运算放大器u4的正相输入端通过电阻r16接地，运算放大器u4的输出端分别与二极管d1的输入端和二极管d2的输出端均电性连接，二极管d1的输出端与运算放大器u4的反相输入端电性连接，二极管d2的输入端与电阻r8的一端和电阻r9的一端均电性连接，电阻r8的另一端与运算放大器u4的反相输入端电性连接；电阻r9的另一端通过电容c6接地，且与电阻r10的一端电性连接；电阻r10的另一端与运算放大器u5的反相输入端电性连接，运算放大器u5的同相输入端通过电阻r12接地；运算放大器u5的输出端通过电阻r11与运算放大器u5的反相输入端电性连接，且与电阻r13的一端电性连接；电阻r13的另一端通过电容c7接地，且与电阻r14的一端电性连接，电阻r14的另一端与mcu模块电性连接；

12、5插件连接器的3引脚通过电阻r15与运算放大器u6的同相输入端电性连接；运算放大器u6的输出端与运算放大器u6的反相输入端电性连接，且依次通过电容c8和电阻r19与运算放大器u7的反相输入端电性连接；运算放大器u7的同相输入端分别与二极管d3的输出端和二极管d4的输入端均电性连接；二极管d4的输出端通过电阻r17与运算放大器u7的反相输入端电性连接；二极管d3的输入端与运算放大器u7的反相输入端电性连接；运算放大器u7的同相输入端通过电阻r20接地；二极管d4的输出端依次通过电阻r18和电阻r21与运算放大器u8的同相输入端电性连接，电阻r18和电阻r21之间通过电容c9接地；运算放大器u8的反相输入端通过电阻r23接地；运算放大器u8的输出端通过电阻r22与运算放大器u8的反相输入端电性连接，通过电容c10接地，并与mcu模块电性连接。

13、上述方案中，前级输出的正弦波经过运放u1组成的跟随器后，和另外一路信号使用运放u2组成的加法器合拼，形成最终输出信号，信号通过端子cn5输出到外部的电导头。其中一路信号经过电导头后输入到运放u4进行检波反相放大，滤波后再通过运放u5再次放大，滤波后得到直流电压，最终输入mcu模块处理。另一路信号经过电导头后同理经过运放u7进行检波放大，滤波后再次经过运放u8进行放大，再次滤波后同样得到一直流电压，最终也输入mcu模块处理。

14、优选的，所述通信模块包括通信接口芯片、电容c11～电容c15和2个通信通道；具体为：

15、电容c11的两端分别与通信接口芯片的c1+引脚和c1-引脚电性连接，电容c12的两端分别与通信接口芯片的c2+引脚和c2-引脚电性连接，通信接口芯片的vs+引脚通过电容c13接地，通信接口芯片的vs-引脚通过电容c15接地，通信接口芯片的vcc引脚连接-5v电压，且通过电容c14接地；

16、通信接口芯片的t1out引脚和r1in引脚分别与1个通信通道的2个接线端电性连接，通信接口芯片的t2out引脚和r2in引脚分别与另1个通信通道的2个接线端电性连接，通信接口芯片的t1in引脚、r1out引脚、t2in引脚和r2out引脚均与mcu模块电性连接。

17、优选的，所述稳压模块包括电源稳压芯片、电容c16～电容c20、二极管d5和cn4端子；具体为：电源稳压芯片接收5v输入电压，输出3.3v电压，电源稳压芯片的vin引脚连接5v电压，且通过电容c16和电容c17分别接地；电源稳压芯片的vout引脚输出3.3v电压，且通过电容c18和电容c19分别接地；

18、cn4端子的4个引脚分别为输出信号、通过二极管d5供电+5v、供电-5v、通过电容c20接地。

19、优选的，所述数据隔离模块包括2个光耦隔离芯片、电容c21～电容c26和电阻r24～电阻r29；具体为：

20、mcu模块、通过电阻r40和电阻r41的输入输出电压连接1个光耦隔离芯片的输入端；光耦隔离芯片的输出端的vcc引脚通过电容c21接地，且通过电阻r24与mcu模块电性连接，光耦隔离芯片的输出端连接mcu模块两个引脚，且分别通过电容c22和电容c23接地，mcu模块通过电阻r25连接5v电压；

21、mcu模块、通过电阻r26和电阻r27的输入输出电压连接另1个光耦隔离芯片的输入端；光耦隔离芯片的输出端的vcc引脚通过电容c24接地，且通过电阻r28与mcu模块电性连接，光耦隔离芯片的输出端连接mcu模块两个引脚，且分别通过电容c25和电容c26接地，mcu模块通过电阻r29连接5v电压。

22、优选的，所述数据转换模块包括can接口光耦隔离芯片、can输出数据转换芯片、can接口、放电保护器、电阻r30～电阻r35和电容c27～电容c30；具体为：

23、mcu模块、通过电阻r30和电阻r31的输入输出电压连接can接口光耦隔离芯片的输入端；can接口光耦隔离芯片的输出端的vcc引脚通过电容c27接地，can接口光耦隔离芯片的输出端连接mcu模块两个引脚，且分别通过电容c28和电容c29接地，同时分别通过电阻r32和电阻r33连接3.3v电压；

24、can输出数据转换芯片的输入端的vcc引脚和gnd引脚通过电容c30电性连接，can输出数据转换芯片的输入端的d引脚和r引脚与mcu模块的两个引脚电性连接，can输出数据转换芯片的输出端的rs引脚通过电阻r34接地；can输出数据转换芯片的输出端的canh引脚和canl引脚分别连接电阻r35的两端，且均输入放电保护器一端，放电保护器另一端接地，同时can接口的两个端口分别连接can输出数据转换芯片的输出端的canh引脚和canl引脚。

25、优选的，所述温度测量模块包括2个温度传感器接头、电容c31～电容c32、电阻r36；具体为：

26、mcu模块连接1个温度传感器接头的2引脚，温度传感器接头的3引脚连接3.3v电压且通过电容c31接地，温度传感器接头的1引脚接地；

27、另1个温度传感器接头的1引脚连接5v电压，2引脚通过电阻r36与mcu模块电性连接，3引脚通过电容c32与mcu模块电性连接，且3引脚接地。

28、优选的，所述mcu模块包括mcu芯片、外部基准参考电压芯片、电阻r37～电阻r39和电容c33；具体为：

29、mcu芯片通过电阻r38与外部基准参考电压芯片的1引脚和2引脚电性连接，外部基准参考电压芯片的1引脚和2引脚通过电阻r37连接3.3v电压；

30、上述方案中，外部基准参考电压芯片，为mcu输入提供标准参考电压；

31、mcu芯片的vdd引脚串联且通过电阻r39连接mcu芯片的vdda引脚，mcu芯片的vdda引脚通过电容c33接地；mcu芯片的vss引脚接地；

32、mcu芯片的in1+引脚通过电阻r1与运算放大器u1的同相输入端电性连接，mcu芯片的in2+引脚通过电阻r3与运算放大器u2的同相输入端电性连接；电阻r14的另一端与mcu芯片的out-mcu1-1引脚电性连接；运算放大器u8的输出端通过电阻r22与运算放大器u8的反相输入端电性连接，通过电容c10接地，并与mcu芯片的out-mcu2引脚电性连接；通信接口芯片的t1in引脚与mcu芯片的uart1tx引脚电线连接，通信接口芯片的r1out引脚与mcu芯片的uart1rx引脚电线连接，通信接口芯片的t2in引脚与mcu芯片的uart2tx引脚电线连接，通信接口芯片的r2out引脚均与mcu芯片的uart2rx引脚电性连接；

33、mcu芯片的uart1tx引脚、mcu芯片的uart1rx引脚、通过电阻r22和电阻r23的输入输出电压连接1个光耦隔离芯片的输入端；光耦隔离芯片的输出端的vcc引脚通过电容c21接地，且通过电阻r24与mcu芯片的uart1tx引脚电性连接，光耦隔离芯片的输出端连接mcu芯片的uart1tx引脚和uart1rx引脚，且分别通过电容c22和电容c23接地，uart1rx引脚通过电阻r25连接5v电压；

34、mcu芯片的uart2tx引脚、mcu芯片的uart2rx引脚和通过电阻r26和电阻r27的输入输出电压连接另1个光耦隔离芯片的输入端；光耦隔离芯片的输出端的vcc引脚通过电容c24接地，且通过电阻r28与mcu芯片的uart2tx引脚电性连接，光耦隔离芯片的输出端连接mcu芯片的uart2tx引脚、mcu芯片的uart2rx引脚，且分别通过电容c25和电容c26接地，mcu芯片的uart2rx引脚通过电阻r29连接5v电压；

35、mcu芯片的can1tx引脚、mcu芯片的can1rx引脚、通过电阻r30和电阻r31的输入输出电压连接can接口光耦隔离芯片的输入端，can接口光耦隔离芯片的输出端连接mcu芯片的can1tx引脚和can1rx引脚，can输出数据转换芯片的输入端的d引脚和r引脚与mcu芯片的can1tx引脚和can1rx引脚电性连接；

36、mcu芯片的t1m1ch1引脚连接1个温度传感器接头的2引脚；另1个温度传感器接头的1引脚连接5v电压，2引脚通过电阻r36与mcu芯片的temp引脚电性连接，3引脚通过电容c32与mcu芯片的temp引脚电性连接。

37、优选的，还包括时钟模块，时钟模块具体为时钟电路，时钟电路的两端分别与mcu芯片的oscin引脚和oscout引脚电性连接。时钟模块为mcu模块提供系统时钟。

38、优选的，还包括滤波模块，滤波模块具体为滤波电路。

39、本发明的有益效果具体为：

40、本发明提供了一种透析液电导率监测系统，电路自动适应碳环和隔离柱内部的内径大小，测量误差非常小。自带碳环和隔离柱结钙检测功能，实现更方便简单的维护；输出信号采用mcu闭环控制，信号幅值可调，自动匹配电导头且自动校正；采用can通讯，调试更方便。