半微量相平衡系統控制器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半微量相平衡與萃取平衡實驗裝置，具體涉及一種半微量相平衡系統 控制器。
【背景技術】
[0002] 半微量分析法是一種比較常見的分析方法，介于微量分析和常量分析之間。從保 護人類生存環境，節約能源與資源的角度出發，要求化學工作者以綠色化學的理念進行實 驗與實驗技術的設計。在稀有、稀散和貴金屬的分離純化過程中經常遇到溶液的相平衡與 多相萃取平衡問題，在進行化學實驗中常采用半微量分析法。
[0003] 目前，國內的半微量相平衡化學反應裝置是由有機玻璃載體、微型交流電機、自制 平衡管、微型繼電器、溫度計、水銀接點溫度計，有機玻璃水槽等組成。在物理或者化學反應 過程中，要通過溫度計來測量并觀察容器內水的溫度。水銀接點溫度計作為溫控開關與繼 電器相連，然后控制加溫裝置；常用的加溫裝置為100W的鎢絲燈泡；通過微型交流電機帶 動有機玻璃載體旋轉。現有的半微量相平衡化學反應裝置主要是手動控制，存在如下缺點： 溫度檢測精度低、溫度控制精度低以及自動化程度低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種半微量相平衡系統控制器。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0006] 該控制器包括溫度檢測電路、溫度設定電路、光電耦合電路、加熱驅動電路、攪拌 電機驅動電路、電機調速用A/D電壓采集電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電路， 所述溫度檢測電路、溫度設定電路、光電耦合電路、電機調速用A/D電壓采集電路以及液晶 顯示接口電路分別與核心處理單元電路相連，加熱驅動電路和攪拌電機驅動電路分別與光 電耦合電路相連。
[0007] 所述核心處理單元電路包括型號為STC12C5A60S2的單片機。
[0008] 所述溫度檢測電路包括DS18B20數字溫度傳感器，DS18B20數字溫度傳感器的信 號線DQ與所述單片機的一個I/O 口相連，并且所述信號線DQ接上拉電阻到所述單片機的 VCC引腳。
[0009] 所述溫度設定電路包括74LS08芯片以及溫度加鍵ADD、溫度減鍵MINUS和確定鍵 OK三個功能按鍵，所述溫度加鍵ADD和溫度減鍵MINUS分別與所述單片機的兩個I/O 口對 應相連，所述溫度加鍵ADD和溫度減鍵MINUS分別與74LS08芯片的一組與門輸入端的兩端 對應相連，74LS08芯片的與門輸出端與所述單片機的外部中斷源7^70相連，確定鍵OK與 所述單片機的外部中斷源_相連。
[0010] 所述A/D電壓采集電路使用電位器作為分壓元件，電位器的動觸點引出端與所述 單片機的A/D轉換端口相連，電位器的兩個靜觸點分別與單片機的VCC引腳和GND引腳對 應相連，兩個靜觸點之間并聯去耦電容組。
[0011] 所述光電耦合電路包括光電耦合器HCPL2630、PNP型三極管Ql以及PNP型三極管 Q2,所述PNP型三極管Ql以及PNP型三極管Q2的基極分別與所述單片機的PffM波輸出端口 相連，所述PNP型三極管Ql以及PNP型三極管Q2的發射極分別與光電耦合器HCPL2630的 輸入端對應相連，所述PNP型三極管Ql以及PNP型三極管Q2的集電極與所述單片機的GND 引腳相連，光電耦合器HCPL2630的輸出端CONl、C0N2分別與加熱驅動電路以及攪拌電機驅 動電路對應相連；所述加熱驅動電路包括第一過流保護電路和第一驅動電路，光電耦合器 HCPL2630的輸出端CONl接第一過流保護電路中帶過流保護的柵極驅動芯片IR2125的IN 引腳，該帶過流保護的柵極驅動芯片IR2125的HO引腳與第一驅動電路中MOS管IRFB3806 的柵極相連；所述攪拌電機驅動電路包括第二過流保護電路和第二驅動電路，光電耦合器 HCPL2630的輸出端C0N2接第二過流保護電路中帶過流保護的柵極驅動芯片IR2125的IN 引腳，該帶過流保護的柵極驅動芯片IR2125的HO引腳與第二驅動電路中MOS管IRFB3806 的柵極相連。
[0012] 所述控制器還包括電源供電電路，電源供電電路包括24V直流電源轉5V直流電源 電路以及24V直流電源轉12V直流電源電路，所述24V直流電源轉5V直流電源電路為溫度 檢測電路、溫度設定電路、所述A/D電壓采集電路、液晶顯示接口電路以及核心處理單元電 路供電；所述24V直流電源轉12V直流電源電路為光電耦合電路、攪拌電機驅動電路和加熱 驅動電路供電。
[0013] 所述控制器采用模糊PID控制算法進行溫度調節，具體包括以下步驟：若當 前時刻k的設定溫度為setT，實測溫度為realT，則計算出當前時刻k的誤差e(k)= setT-realT，誤差變化率ec = e (k)-e (k-1)，k-1表示上一時刻，然后將誤差e (k)和誤差變 化率ec進行模糊化處理并按照模糊規則庫中的模糊規則整定PID參數的增量Λ Κρ、Λ Ki 以及Λ Kd，對所得到的Λ Κρ、Λ Ki以及Λ Kd進行解模糊化處理，進一步計算得到當前時 刻k的PID參數Kp、Ki以及Kd的精確值，然后根據增量式PID算法計算得到當前的控制量 U(k) 〇
[0014] 所述模糊PID控制算法中：
[0015] 誤差e (k)的基礎論域為[-3, 3]，模糊化為{NB，NM，NS, Z，PS，PM, PB}七個等級，并 建立三角形隸屬函數；
[0016] 誤差變化率ec的基礎論域為[-3, 3]，模糊化為{NB，NM，NS, Z，PS, PM, PB}七個等 級，并建立三角形隸屬函數；
[0017] Kp參數的基礎論域為[-0· 3, 0· 3]，模糊化為{NB，NM，NS, Z，PS, PM, PB}七個等級， 并建立三角形隸屬函數；
[0018] Ki參數的基礎論域為[-0· 06, 0· 06]，模糊化為{NB，NM，NS, Z，PS, PM, PB}七個等 級，并建立三角形隸屬函數；
[0019] Kd參數的基礎論域為[-3, 3]，模糊化為{NB，NM，NS, Z，PS，PM, PB}七個等級，并建 立三角形隸屬函數。
[0020] 本發明的有益效果體現在：本發明結合半微量相平衡系統對環境溫度精度和均勻 性的要求，通過核心處理單元電路與溫度檢測電路、溫度設定電路、光電耦合電路、加熱驅 動電路、攪拌電機驅動電路、A/D電壓采集電路、液晶顯示接口電路緊密配合，可以通過A/D 采樣結果自動調節電機轉速，使液體受熱均勻，并可以實現容器內環境溫度的自動、高精度 檢測和調節，能夠控制反應容器中溫度在15~60°C的某個溫度點恒溫連續48小時，以保證 半微量相平衡系統的完整反應能準確完成，并實現了半微量相平衡系統化學反應過程數字 化控制以及數字化顯示。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明的結構原理框圖。
[0022] 圖2為本發明所述溫度檢測電路示意圖。
[0023] 圖3為本發明所述溫度設定電路示意圖。
[0024] 圖4為本發明所述液晶顯不接口電路不意圖。
[0025] 圖5為本發明所述A/D電壓采集電路示意圖。
[0026] 圖6為本發明所述光電親合電路不意圖。
[0027] 圖7為本發明所述加熱驅動電路示意圖。
[0028] 圖8為本發明外部結構示意圖。
[0029] 圖9為程序流程圖。
[0030] 圖10為模糊PID控制算法流程圖。
[0031] 圖11為模糊PID控制算法中誤差e(k)的隸屬函數圖。
[0032] 圖12為模糊PID控制算法中誤差變化率ec的隸屬函數圖。
[0033] 圖13為模糊PID控制算法中Kp參數的隸屬函數圖。
[0034] 圖14為模糊PID控制算法中Ki參數的隸屬函數圖。
[0035] 圖15為模糊PID控制算法中Kd參數的隸屬函數圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和實施例對本發明做詳細說明。
[0037] 參見圖1，本發明所述半微量相平衡系統控制器主要包括：溫度檢測電路、溫度設 定電路、光電耦合電路、加熱驅動電路、攪拌電機驅動電路、A/D電壓采集電路、液晶顯示接 口電路、電源供電電路以及核心處理單元電路。本發明以STC12C5A60S2單片機為核心處 理元件，與各部分功能電路緊密配合實現了半微量相平衡系統容器內溫度的自動檢測和調 整，通過直流加熱實現容器中溫度能夠在15~60度的某個溫度點恒溫連續48小時保持穩 定，電機帶動攪拌器使液體受熱均勻，以保證能準確完成半微量相平衡系統的完整反應。該 控制器能夠實現半微量相平衡系統化學反應過程數字化控制，數字化顯示，高精度測量，該 系統性能穩定，溫度測量精度高，溫度控制精度高，自動化程度高。
[0038] 參見圖2,所述溫度檢測電路使用數字溫度傳感器DS18B20,經過防水鎧裝處理之 后可直接浸入液體內測量溫度。DS18B20是一條口線（DQ)通信，使用過程中不需要任何外 圍元件支持，將DQ與所述單片機的PL 7端口（I/O 口）相連，并且DQ接上拉電阻R16到 所述單片機的VCC引腳，就可實現單片機與數字溫度傳感器DS18B20之間相互通信。由于 溫度傳感器采用外部電源供電的方式，不需要強上拉電阻，所以使用5. 1ΚΩ的上拉電阻。 DS18B20 引腳 3 接 VCC，DS18B20 引腳 1 接 GND。
[0039] 參見圖3,所述溫度設定電路共包含三個功能按鍵以及電阻Rl(K)KQ )、 R2(10KQ)、R3(10KQ)，單片機控制系統中需要三個功能鍵，溫度加鍵"ADD"，溫度減鍵 "MINUS"，確定鍵"0K"，單片