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蛋白纯化仪pH和电导及 温度检测模块

阅读：307发布：2020-05-11

专利汇可以提供蛋白纯化仪pH和电导及温度检测模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于实验室用精密仪器领域，发明解决问题所采用的技术方案是：采用单片机；CAN收发器；A/D芯片和模拟信号处理技术及EEPROM等构成的电子电路，采用了光电隔离技术和隔离电源，消除了从地；电源和通信网络来的干扰问题，采用高精度 A/D芯片；频率可调DDS芯片和高精度低零漂的模拟信号处理芯片，解决了信号漂移和不确定性问题。编写了CAN通信协议程序和基于A/D转换技术编写了对pH；电导和温度检测子程序，计算子程序，校准子程序，温度补偿子程序。，下面是蛋白纯化仪pH和电导及温度检测模块专利的具体信息内容。

权利要求

1.发明解决问题所采用的技术特征是：采用单片机；CAN收发器；A/D芯片和模拟信号处理技术及EEPROM等构成的电子电路，采用了光电隔离技术和隔离电源，消除了从地；电源和通信网络来的干扰问题，采用高精度A/D芯片；频率可调DDS芯片和高精度低零漂的模拟信号处理芯片，解决了信号漂移和不确定性问题。
2.编写了CAN通信协议程序和基于A/D转换技术编写了对pH；电导和温度检测子程序，计算子程序，校准子程序，温度补偿子程序。
3.保护的关键点
3.1 pH 电极;电导电极和Pt100热电阻的信号的高精度检测模拟电路核心技术；
3.2抗干扰的光电隔离和隔离电源技术；
3.3PCB设计抗电磁干扰的关键技术；
3.4 pH电极;电导电极和Pt100热电阻的信号的算法核心技术。

说明书全文

蛋白纯化仪pH和电导及温度检测模块

技术领域

[0001] 本发明属于实验室用精密仪器领域，由现场总线技术；单片机技术；A/D转换技术；DDS技术和模拟信号处理技术构成的模块，依托于CAN通信协议的现场总线，通过A/D转换技术；DDS技术和模拟信号处理技术，将pH 电极信号；电导电极信号和Pt100信号进行了数字化处理，并且，协同其他模块一起，满足蛋白纯化仪的整体要求。

背景技术

[0002] 目前，在实验室用精密仪器领域，通常的仪表都采用MODBUS RTU和RS232通信协议，但是，它们抗电磁干扰能力都比较弱，本模块采用CAN通信协议，可以有效地解决这一问题，同时，采用了光电隔离技术和隔离电源，消除了从地；电源和通信网络来的干扰，对pH电极信号；电导电极信号和Pt100信号都是微弱信号，采用高精度；低零漂；低温漂和高阻抗输入的运算放大器可以很好地解决这一难题。

发明内容

[0003] 针对这个难题，采用基于CAN通讯协议的现场总线技术；单片机技术；A/D转换技术和模拟信号处理技术，消除了抗电磁干扰能力都比较弱的烦恼，同时，采用了光电隔离技术和隔离电源，消除了从地；电源和通信网络来的干扰，在精密仪器研发中，pH电极信号；电导电极信号和Pt100信号都是微弱信号，对其的采集和处理是一件非常头痛的事情；本发明解决问题所采用的技术方案是：采用单片机；CAN通讯控制器；CAN收发器；高精度A/D芯片；频率可调DDS芯片和高精度低零漂的模拟信号处理芯片及串行电可擦除可编程存储器芯片等构成的电子电路，编写了CAN通信协议程序和基于A/D转换技术编写了对pH电极信号；电导电极信号和Pt100信号检测；计算和校准程序；
本发明的有益效果是，可以与CAN网络进行通讯，提高了抗电磁干扰能力，同时，采用了光电隔离技术和隔离电源，消除了从地；电源和通信网络来的干扰问题，采用高精度A/D芯片；频率可调DDS芯片和高精度低零漂的模拟信号处理芯片，解决了信号漂移和不确定性问题。
附图说明

[0004] 图1是模块电路框图。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：附图中 1. STM32F103单片机芯片，2.CS5524 ADC芯片，3. 6N137高速光耦芯片，4. L24S05电源模块，5.PCA82C250 CAN收发器芯片，6.CAN 接口，7.24V电源接口，8,9. X5043 S-EEPROM和CPU管理芯片，10. AD9835DDS芯片,11. REF192基准芯片，12.LM6061和AD637及OPA627等。

具体实施方式

[0005] ①依据电路框图选择元器件选择元器件原则是要满足系统可靠性要求高，性能价格比高的元件，最好选择有可编程功能的芯片，可以使电路的功能强大化和柔性化。为此，在选择微控制器芯片时，采用了ST公司的STM32F103微控制器；它带128KB的闪存，可以满足应用软件的存储要求，同时，它内含CAN通讯控制器模块。在选择看门狗和串行EEPROM芯片时，采用美国XICOR公司的X5043芯片。在选择CAN收发器时，采用NXP公司的PCA82C250芯片，基准采用ADI公司REF192GP芯片，精密运算放大器采用BB公司的LM6061芯片和ADI公司的AD637芯片等，高精度A/D转换器采用Cirrus Logic公司24位带PGIA的CS5524芯片。

[0006] ②绘制电路原理图和印刷线路板图此工作应考虑电磁干扰和电路上元器件的电气性能匹配，最大限度地发挥每个元器件的功能，同时，也要为软件编制的便捷着想，pH电极产生以被测物质pH含量相应的弱电流信号通过精密，低零漂和低温漂的低功率运算放大器LM6061放大后，变成-414mV至+414mV的电压信号送到高精度A/D转换器CS5524的第一模拟量输入通道，变成24位数字信号取到单片机STM32F103内，单片机通过运算，得到以此信号的相应的pH含量，电导电极信号在AD9835 DDS和功率运放OPA604及OPA627的激励下会产生以被测物质电导相应的弱电压信号通过精密，低零漂和低温漂的低功率运算放大器AD637放大后,变成0mV至+1000mV的电压信号送到高精度A/D转换器CS5524的第二模拟量输入通道，变成24位数字信号取到单片机STM32F103内，单片机通过运算，得到以此信号的相应的电导值，流通池温度检测采用Pt100热电阻，通过精密，低零漂和低温漂的低功率运算放大器OP07放大后，变成电压信号送到高精度A/D转换器CS5524的第三模拟量输入通道，变成24位数字信号取到单片机STM32F103内，单片机通过运算，得到以此信号的相应的温度值，该A/D转换器有自校准和系统校准，并且，可以根据输入信号的大小来改变量程，以提高采集的分辨率和精度，在校准采集卡的高低量程时，可以将校准结果存到串行EEPROM,防止掉电后，采集卡的数据丢失，该采集卡采用CAN现场总线与其他卡或系统进行通讯，为此，检测模块上装有光耦6N137和CAN收发器PCA82C250等芯片，以实现和CAN网络的物理连接。在通信协议方面，采用了CANOPEN8.0版本的协议。

[0007] ③制作印刷线路板和焊接元器件（委托加工）。

[0008] ④编写和调试微控制器上的嵌入式应用软件采用Keil公司的μVision5 MDK开发平台，它包含一个高效的编辑器、一个项目管理器和一个MAKE工具，编译器可以编译C++和ASM。编写应用软件需要充分掌握微控制器所连接外围器件的性能，编写出它们的驱动子程序，对于要求精确时间定时的功能程序，用汇编语言编程，其他功能的程序都用C++编写。根据ADC技术编写采集子程序，根据各种传感器技术特点通过算法计算出物理量的值，对于有温度影响的传感器要编写温度补偿程序，pH和电导都要做温度补偿计算，结合各种传感器技术特点编写校准程序，根据CANOPEN通讯协议编写通讯子程序。然后，分别调通各个子程序，最后，进行应用软件联合调试。

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