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超薄磁力拌和器的规划与完结

作者:OB欧宝体育官网来源:OB欧宝体育官网发布日期: 2022-08-24 15:35:12

  拌和器是化学试验中的一种常用设备,广泛使用于化工、医药、食物、涂料、油漆、环保、化妆品等范畴。传统化学反响溶液的拌和多为手动操作,不只消耗人力,还会形成反响溶液拌和不均匀的现象,导致试验成果不精确。磁力拌和器能很好地处理这一问题。磁力拌和器不光操作简略,且能够依照操作人员志愿调整拌和速度及拌和方向,大大简化了操作过程,一起处理了对具有毒性或粘稠性反响溶液拌和困难的难题。

  惯例磁力拌和器的体系结构图如图1所示[1]。其基本原理是:经过电动机的滚动带动外永磁铁滚动,再经过磁场的效果,由外永磁铁的滚动带动内部拌和子(永磁铁)的滚动,从而到达拌和的意图,即由电能转化为机械能,再由机械能转化为磁能。参考文献[2]、[3]、[4]所规划的磁力拌和器结构原理也大致与此相同,其首要特点是都带有电动机,致使拌和器的体积较大。关于便携式丈量仪器,要求磁力拌和器厚度较小、质量较轻,而传统的规划办法难以完结这些要求。

  依据电磁转化原理,本文规划了一种超薄磁力拌和器。经过在多个螺旋线圈中流过不同相位的脉冲电流,直接发生磁场,带动内部拌和子(永磁铁)的滚动,到达拌和的意图,即由电能直接转化为磁能。其长处是省去了传统的电动机中心部分,能够有效地简化拌和器的结构、减轻了质量,最重要的是能够做到超薄,从而使磁力拌和器更好地使用于电化学便携式检测体系中。

  依据如图2所示的右手螺旋定则,在螺旋线圈中经过电流后,螺旋线圈上方将发生N极磁场,下方将发生S极磁场。假如经过螺旋线圈的电流方向相反,则线圈上下方发生的磁场方向也将改动。这样,经过改动螺旋线圈中流过电流的有无及方向,就能够依据实践要求来操控螺旋线圈中磁场的极性。

  为了使拌和器的拌和子平稳滚动,需求考虑的问题是为拌和器配备多少个螺旋线圈,线圈越多越安稳,但结构复杂度及操控复杂度也相应进步。一般能够考虑配备的螺旋线°。

  本文所规划的磁力拌和器选用4个螺旋线所示。其间拌和子的原料为永磁体,放在拌和器上面。在图3中,把对角线为一组。每组螺旋线圈一起通有电流,但电流方向相反,即在同一时刻出现的磁场极性相反。这样,别离操控两组螺旋线圈中电流的通断及方向,就能够操控两组线圈不一起刻所发生的组成磁场的方向,从而操控拌和子的滚动。

  设定拌和子顺时针滚动一圈的8个方向为:西北、正北、东北、正东、东南、正南、西南、正西,如图4所示,其间,N表明螺旋线圈发生的N极磁场,S表明螺旋线圈发生的S极磁场,*表明没有磁场。这样,就需求各个螺旋线圈发生相应的磁场极性。

  依据图4中螺旋线圈磁场极性的要求,只要在不一起刻操控两组螺旋线圈中电流的有无及方向,就能够操控两组螺旋线圈在不一起刻叠加出不同方向的磁场。两组螺旋线所示,其间T(t/s)为拌和子滚动一圈的时刻,I(i/A)为流过线圈的电流值。

  磁力拌和器的硬件首要由单片机、驱动电路、螺旋线圈及电源等四部分组成,其框图如图6所示。其间,单片机为硬件结构的中心,选用AT89S51芯片担任按键的读取并发生相应的电流时序操控信号;驱动电路选用L6129DS芯片,其依据单片机的操控信号输出相应的电流时序;两组螺旋线圈依据流入的电流发生相应的磁场;电源担任给单片机及驱动芯片供电。

  处理器选用ATMEL公司出产的AT89S51单片机。该单片机是一款低功耗、高性能的CMOS 8 bit单片机,内含4 KB Flash程序存储器,128 B的随机存取数据存储器,32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中止优先级,两层嵌套中止,两个16 bit可编程守时计数器,两个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内有时钟振荡器。

  单片机首要担任按键的收集,并依据收集到的信息将相应的电流时序发送给驱动电路。单片机与驱动电路、按键电路及SPI接口电路的衔接如图7所示。其间,单片机与驱动电路经过P2口衔接。

  本文所规划的磁力拌和器为超薄型,用于便携式丈量仪的溶液拌和,反响溶液粘稠度较低。拌和子的质量重为1.95 g,长为20 mm,半径为6.58 mm;所运用的螺旋线 mm,每个螺旋线 mm。依据电磁联系,要求驱动芯片的输出电流规模为300 mA~500 mA。

  依据相关文献,THB6064、TB6560、TB8435、L6219DS等几款电机驱动芯片均可供给巨细及相位可控的电流驱动。依据螺旋线圈绕组特性(匝数、原料、半径等)、所要拌和溶液的粘稠度及烧杯半径等参数的改动,需求拌和子的质量、半径、原料要相应改动,这样要求驱动芯片输出的电流巨细也要相应地改动。归纳考虑驱动芯片的输出电流、操控难易度及性价比等要素,本体系挑选L6219DS芯片作为驱动芯片。

  L6219DS芯片是一个具有双极性的集成芯片[5-6],在单片机的操控下,能完结对具有南北极步进电机绕组的操控和驱动,还能够双向操控两个直流电机;输出电流值有167 mA、333 mA、500 mA可选,最高可到达750 mA;支撑10 V~46 V作业电压,并含有内部温度过热维护电路。该芯片外围电路简略,能够很便利地与单片机衔接成一个电机操控体系。本体系中,L6219DS芯片与单片机的详细管脚衔接图如图7所示。

  单片机依据按键的挑选,经过P2口输出两组信号来操控驱动芯片。两组信号功用相同,每一组信号用来操控驱动芯片输出的一组电流巨细及电流方向。对这两组信号的操控是相对独立的,其间一组操控信号对应的输出电流如图8所示。图中,I01、I11操控驱动芯片L6219DS输出电流1(OUT1)的巨细,PHASE1操控驱动芯片输出电流1的方向,即电流的流向为A→B或B→A。驱动芯片发生的两组电流流过履行部分的两组螺旋线圈,经过两组线圈磁场的一起叠加,得到所需的磁场方向。

  软件选用C语言对单片机进行编程,程序选用模块化结构。软件的首要功用:单片机初始化、按键检测及螺旋线圈电流时序的发生。因为能够经过按键挑选正转、回转、中止、开端、加快及减速等作业,所以需求正确分配主程序及守时中止的作业任务。电流时序的生成需求比较精确地守时,所以这一部分功用由守时中止完结;按键检测选用查询方法,因而单片机的初始化、按键处理程序由主程序完结。主程序与守时中止之间经过内存变量传递拌和器的作业状况,即主程序经过按键检测取得状况信息,修正对应的正(反)转状况变量、中止(运转)状况变量、加(减)速状况变量。在守时中止中,依据拌和器的运转状况,履行相应的动作,发生对应的螺旋线圈电流时序。

  需求阐明的是,因为设定了拌和器拌和子的8个方向,所以在软件完结时就设置了对应8个方向的8个序号(称为脚步),无论是正转仍是回转,脚步的界说都不变,仅仅要依据正(反)转状况变量确认下一脚步是加1仍是减1。

  主程序流程图如图9所示。体系上电后进行初始化操作,包含守时器初值及中止设置。初始化函数中,首要设定守时器0的守时时刻,选取最长时刻(即拌和子转速最慢)为50 ms;然后,开大局中止及守时器0溢出中止;最终,进入按键收集模块,选用无限循环进行键盘扫描,并依据相应的输入键值设置相应的标志位(加快、减速、正转、回转、中止、开端)。

  守时中止流程图如图10所示。进入守时中止函数后,首要关中止,再依据中止标志位判别中止键是否按下。假如按下,则调用中止函数,拌和子中止滚动,并等候开端按键;假如中止键没有按下,则依据转向标志位判别拌和子的转向(正转、回转),并设定下一时刻拌和子应指向的方向序号(即流程图中所示的脚步值)。之后再判别是否有加快减速操作,假如有,则更改相应的守时时刻标志位(守时时刻添加,拌和子转速慢;守时时刻减小,拌和子转速快),并调用输出函数(即操控L6219DS输出电流);假如没有,则直接调用输出函数。最终,依据守时时刻标志位赋给守时器相应的守时时刻,并开中止。

  本文针对现有的经过电动机滚动带动永磁铁旋转发生旋转磁场的磁力拌和器,规划了经过通电螺旋线圈发生旋转磁场的磁力拌和器。该磁力拌和器结构简略、运转安稳操控灵敏便利,拌和子转速在150 r/min~1 500 r/min规模内可调。因为本磁力拌和器选用电能直接转化为磁能的方法,省去了惯例磁力拌和器所选用的机械转化的中心环节,使得磁力拌和器的体积进一步减小,厚度降到1 cm,能够十分便利地使用于各种便携式丈量仪器中。

  [1] 王晓宁,黄孝胜,冯雁峰,等.超低温磁力拌和冷阱的研发[J].医疗卫生配备,2010(7):19-21.

  [2] 袁建瑞,王玉玲.选用磁力耦合拌和器的大输液配料桶 [J].医疗设备信息,2000(1):10-11.

  [4] 房毅卓,胡军,房春晖.智能数字化磁力拌和器研发[J].盐湖研讨,2003(3):47-50.

  [5] 王华剑,罗卫士.根据L6219DSA电机驱动芯片的磁力拌和体系规划[J].电子元器件使用,2005(9):68-70.