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多通道微量注射泵的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2011-05-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


摘要:微量泵廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)療和生命科學(xué)研究中。旨在開發(fā)一套性能優(yōu)越的自動(dòng)化送液系統(tǒng),要求系統(tǒng)具有精度高,能同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制多臺(tái)泵進(jìn)行加減速,且計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)。使用Microsoft Visual C++6.0開發(fā)工具一款上位機(jī)監(jiān)控軟件,以自動(dòng)化處理。硬件采用ARM+FPGA的組合,充分發(fā)揮FPGA優(yōu)越的邏輯時(shí)序功能和并行處理的優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的高細(xì)分提高了注射精度,應(yīng)用多個(gè)傳感器對(duì)注射狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),成功了智能精密注射和對(duì)注射器的保護(hù)。
關(guān)鍵詞:微量注射泵;步進(jìn)電機(jī);ARM;FPGA;傳感器

0 引言
微量注射泵是臨床醫(yī)療和生命科學(xué)研究中經(jīng)常使用的一種長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行微量注射的儀器,這種儀器主要應(yīng)用于動(dòng)靜脈輸液,輸血和精密化學(xué)實(shí)驗(yàn)?,F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外微量注射泵的主要問題是精度不高,而且一般只勻速注射。而有些場(chǎng)合如食品檢測(cè)色譜分析中往往要求勻變速注射試劑。因此勻加速或勻減速注射泵,并且聯(lián)動(dòng)控制多臺(tái)注射泵,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話數(shù)據(jù)處理是非常有必要的。

1 系統(tǒng)概述
如圖1所以,系統(tǒng)可以分為計(jì)算機(jī)軟件控制模塊、主控制芯片模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊等4個(gè)模塊。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150743.htm

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計(jì)算機(jī)通過RS 232串口與主控制芯片模塊連接,通過自主的監(jiān)控軟件,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理注射泵的工作狀態(tài),運(yùn)行后可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化處理。主控制芯片模塊由ARM和FPGA以及外圍電路組成,F(xiàn)PGA產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需要的電脈沖信號(hào),傳送給驅(qū)動(dòng)器模塊,驅(qū)動(dòng)器模塊里的脈沖分配器把電脈沖信號(hào)按規(guī)定的方式分配給電機(jī)各相勵(lì)磁繞組,從而帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)安裝在電機(jī)軸上的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器和壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的實(shí)際工作情況,由于FPGA具有硬件實(shí)時(shí)處理的特點(diǎn),傳感器的數(shù)據(jù)會(huì)同步傳給FPGA,當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)停止編碼,而FPGA在發(fā)送脈沖信號(hào),則會(huì)馬上停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并蜂鳴報(bào)警,進(jìn)入堵轉(zhuǎn)狀態(tài);在壓力傳感器測(cè)得壓力超過最大限壓時(shí),也會(huì)馬上停止電機(jī)工作,且計(jì)算機(jī)提示和蜂鳴報(bào)警。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 主控制芯片模塊
如圖2所示,主控模塊采用ARM和FPGA相結(jié)合的方式。ARM嵌入式處理器主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口和對(duì)外通信并對(duì)總的進(jìn)程進(jìn)行管理,F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)并行控制多路步進(jìn)電機(jī)和對(duì)傳感器的實(shí)時(shí)處理。其外圍電路包括:液晶模塊、鍵盤輸入模塊、電源模塊、RS 232接口轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊。

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ARM采用意法半導(dǎo)體(ST)公司推出的基于ARMCorrex M3內(nèi)核的STM32F103處理器。它集32位RISC處理器,低功耗、高性能模擬技術(shù)、高速DMA及豐富的片內(nèi)外設(shè)、JTAG仿真調(diào)試于一體。在性能上,CorrexM3內(nèi)核采用ARM V7體系結(jié)構(gòu),指令速度可接近80 MIPS,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算能力。


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