0 导言
微量打针泵是临床医疗和生命科学研讨中常常运用的一种长期进行微量打针的仪器，这种仪器首要使用于动静脉输液，输血和精细化学试验。如今国内外微量打针泵的首要问题是精度不高，而且一般只完成单通道匀速打针。而有些场合如食物检测色谱分析中往往要求匀变速打针试剂。因而规划匀加快或匀减速打针泵，而且联动操控多台打针泵，完成人机对话数据处理对错常有必要的。
1 体系概述
如图1所以，体系能够分为计算机软件操控模块、主操控芯片模块、步进电机驱动模块、传感器模块等4个模块。
计算机经过RS 232串口与主操控芯片模块衔接，经过自主规划的监控软件，能够实时监控和办理打针泵的作业状况，作业后能够完成全主动化处理。主操控芯片模块由ARM和FPGA以及外围电路组成，FPGA发生步进电机所需求的电脉冲信号，传送给驱动器模块，驱动器模块里的脉冲分配器把电脉冲信号按规则的办法分配给电机各相励磁绕组，然后带动步进电机转子作业。与此一起安装在电机轴上的增量式旋转编码器和压力传感器实时监控电机的实践作业情况，因为FPGA具有硬件实时处理的特色，传感器的数据会同步传给FPGA，当旋转编码器现已中止编码，而FPGA在发送脉冲信号，则会立刻中止电机作业并蜂鸣报警，进入堵转状况;在压力传感器测得压力超越最大限压时，也会立刻中止电机作业，且计算机提示和蜂鸣报警。
2 硬件规划
2.1 主操控芯片模块
如图2所示，主控模块选用ARM和FPGA相结合的办法。ARM嵌入式处理器首要担任人机接口和对外通讯并对总的进程进行办理，FPGA完成并行操控多路步进电机和对传感器的实时处理。其外围电路包含：液晶模块、键盘输入模块、电源模块、RS 232接口转化模块、报警模块。
ARM选意图法半导体(ST)公司推出的根据ARMCorrex M3内核的STM32F103处理器。它集32位RISC处理器，低功耗、高功用模仿技能、高速DMA通道及丰厚的片内外设、JTAG仿真调试于一体。在功用上，CorrexM3内核选用ARM V7体系结构，指令速度可接近80 MIPS，具有强壮的数据处理才能和运算才能。
FPGA(即现场可修改门阵列)选用的是Attera公司出产的CYCLONE II系列。EP2C5。FPGA选用共同的并行运算电路，在一个操控核心中能够参加多个操控目标进行独立驱动，操控功用不遭到影响，各操控目标间不会发生搅扰，避免了多目标实时操控中繁琐的时序规划问题，正好契合规划中一起操控多台打针泵的要求，必定程度上进步体系的集成度和抗搅扰才能。一起FPGA具有硬件实时处理才能，每个硬件都例化在FPGA里边，等效于旋转编码器和压力传感器都成为了FPGA的一个硬件块，因而，其处理速度会十分快。
步进电机驱动选用三洋公司出产的THB7128驱动芯片，它具有高细分，大功率的特色。THB7218为双全桥MOSFET驱动，最高耐压为DC 40 V，大电流3.3 A(峰值)，具有主动半流确定功用，内置混合式衰减形式。比较其他驱动芯片，该苡片最杰出的特色是最高到达1/128细分，因而电机作业十分平稳。THB7128电路图如图3所示。
2.3 传感器模块
2.3.1 旋转编码器
本体系的闭环操控选用了光电式旋转编码器。经过充沛的市场调研，挑选了日本OMRON公司出产的E6A2体系编码器。它结构简略，体积小，精度高，呼应速度快，功用安稳，特别在高分辨率和大量程角速率/位移丈量体系中，更具优越性。旋转编码器依照信号和原理分红增量式和肯定式两种，本体系选用增量式编码器。
它由主码盘、鉴相盘、光学体系和光电变换器组成。在主码盘(光电盘)周边上刻有节距持平的辐射状窄带，构成均匀分布的通明区和不通明区。鉴相盘与主码盘平行，并刻有a，b两组透检测窄缝，它们互相错开1/4节距，以使A，B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。作业时，鉴相盘中止，主码盘和转轴滚动，光投射到主码盘和鉴相盘上，当主码盘上的通明区与窄缝对齐时，光电变换器输出电压最大，当不通明区与窄缝对齐时，电压最小。因而主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且变换器A，B相位差为90°。为了判别码盘的肯定方位，还必须设置一个基准点，即“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件发生一个脉冲，称为“一转脉冲”。
2.3.2 压力传感器
本体系选用电阻应变式压力传感器。其作业原理是将一种电阻应变片粘贴在各种弹性灵敏元件上，当弹性灵敏元件遭到外力的作用时将发生应变，电阻应变片将应变再转化为电阻的改动，然后电阻改动值经过数模转化成为压力改动值。图4为压力传感器的使用电路图，由4个压敏电阻组成惠斯通电桥电路，无差压时，电桥两臂相等，差压信号加到4个陶瓷压敏电阻上时，压敏电阻的阻值随差压改动，引起电桥失衡。电桥失衡引起电流的改动，经过ADS1242芯片进行数模转化，把模仿信号转化为数字信号，再传至主控芯片。
经过Visual C++6.0开发工具编写的上位机软件如图5所示，上位机经过串口RS 232与主操控芯片模块衔接。软件分为初始设置栏、体系状况栏、联动操控栏3个部分。
在软件里设置初始参数：开端速度、结束速度、作业时刻、打针器的标准后，然后点击作业，打针泵即开端作业。作业时在体系状况栏里可查看到当时状况，如当时速度、已打针量、已作业时刻、作业状况(加快、减速、匀速、中止)，作业结束后蜂鸣器会长鸣提示。两台打针泵可联动操控，也能够独自操控，现在已做到6台联动操控。
加减速办法：步进电机的作业原理是每接收到一个脉冲信号，它就按设定的方向滚动一个固定的视点(步进角)，经过脉冲个数和脉冲频率及可操控电机的位移和速度。选用阶梯曲线来迫临加、减速曲线，如图6所示为直线(匀加快)的离散化处理，同理可选用离散法离散加、减速指数曲线和其他曲线。当t越小，步进电机的精度越高。操控脉冲频率及操控电机速度，本体系选用定时器中止的办法发生不同频率的脉冲，实践上是改动定时器装载值的巨细。有两种办法可改动装载值，一种是查表法，先计算好各个阶梯的频率值并换算成定时器的装载值，把它做成表;别的一种就是在每个阶梯运算期间，主程序计算好下一阶梯的装载值，因而这要求处理器有满足的资源和处理速度，本体系因为选用STM32F103处理器，具有满足的处理速度和运算才能，所以采纳这种办法。
4 结语
本文论述了将先进电子技能、传感器技能、计算机技能归纳使用于打针泵体系的研讨与开发，规划了具有匀加减速打针功用的打针泵，而且能够联动操控多台打针泵作业，使用计算机杰出的人机对话界面和数据处理功用完成主动化操控。该体系已成功使用于湖南师范大学化学化工学院岛津试验室的色谱分析样品前处理体系中。匀加减速打针泵现在在国内尚无上市产品，该体系具有广泛的市场前景。
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