一種可攜式電化學檢測分析裝置的製作方法

2023-06-27 01:03:16 1

專利名稱：一種可攜式電化學檢測分析裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學分析裝置，特別涉及一種可攜式電化學檢測分析裝置。
背景技術：
電化學是物理化學的一個重要分支，它除與無機化學、有機化學、分析化學和化學工程等有關外，還與環境科學、能源科學、生物學、金屬工業等領域有著密切的聯繫。如今， 電化學技術在一些科學領域都已得到應用，為人類社會的發展提供動力。基於電化學原理的電分析技術和化學傳感為生物技術、工業和環境檢測及日常生活提供了研究和分析的手段；使電解工業可以實現大量無機物、有機物的電解合成，金屬的提取和精煉；電化學技術還可以實現材料的表面處理；使微納米期間的製備和構築有了新的發展。因此，研究電化學的測量方法，對社會科學的發展有著重要意義。電化學測量主要是通過在不同的測試條件下，對電極電勢和電流分別進行控制和測量，並對其相互關係進行分析而實現的。對一些重要的測試條件的控制和變化，形成了不同的電化學測量方法。例如，控制單向極化持續時間的不同，可進行穩態法測量或暫態法測量；控制電極電勢按照不同的波形規律變化，可進行電勢階躍、線性電勢掃描、脈衝電勢掃描等測量；使用宏觀靜止電極、旋轉圓盤電極或超微電極，可明顯改變電化學測量體系的動力學規律，獲取不同的測量信息。隨著科技的進步， 電化學測量儀器也獲得了飛躍性的發展，有力地促進了電化學各領域的發展。從早期的高壓大電阻的恆電流測量電路，到以恆電勢儀為核心組成的模擬儀器電路，再到計算機控制的電化學綜合測試系統，儀器功能、可實現的測量方法的種類更加豐富，控制和測量精度大大提高，操作更加方便快捷，實驗數據的輸出管理和分析處理能力更加強大。目前，隨著電化學儀器在工農業生產、醫療衛生、科學研究中起到越來越重要的作用，對電化學測量的需求也越來愈多，由於電化學的測定分析比較複雜，一種物質的電化學分析往往需要多種儀器對進行測定，由於儀器體積比較大，需要外部電源供電，測量時需要取樣到特定的實驗室進行測定，無法現場取樣直接測定，不能及時檢測物質的電化學參數。

發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供可以在現場測定物質電化學特性的一種可攜式電化學檢測分析裝置。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種可攜式電化學檢測分析裝置，包括單片機模塊、程序存儲模塊、數據採集模塊、輸出模塊、溫度補償模塊和電源模塊，其中
所述單片機模塊包括中央處理器(CPU)、數據存儲器(RAM)、時鐘(CLK)和外設信號傳輸接口 ；所述外設信號傳輸接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外設信號傳輸接口通過內部總線與所述中央處理器(CPU)和所述數據存儲器相連；
所述程序存儲模塊包括EEPROM存儲器，存儲單片機運行的程序文件，通過所述外設信號傳輸接口寫入或讀出程序；所述數據採集模塊包括D/A子模塊、A/D子模塊、I/V轉換子模塊和電化學傳感器，所述D/A子模塊輸入來自所述外設信號傳輸接口的數位訊號，轉換後輸出電壓信號至所述電化學傳感器；所述電化學傳感器檢測物質電化學特性的微電流，並輸出至所述ΙΛ轉換子模塊，所述I/V轉換子模塊將微電流信號轉換為電壓信號輸出至所述A/D子模塊，所述A/D 子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口；
所述輸出模塊包括液晶顯示器，所述液晶顯示器接收來自所述外設信號傳輸接口的驅動信號並進行數據顯示；
所述溫度補償模塊包括溫度傳感器和溫度A/D子模塊，所述溫度傳感器感應溫度變化產生電壓信號並輸出至所述溫度A/D子模塊，所述溫度A/D子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口；
所述電源模塊包括電池和電壓轉換電路，給系統內各模塊及器件供電。本發明還可以採用如下技術方案
還包括USB接口電路，所述USB接口電路連接所述單片機模塊的外設信號傳輸接口、上位機計算機(PC)的USB接口以及外設的USB接口，實施單片機模塊與上位機以及外設之間的通信。所述USB接口電路支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE設備方式。所述電源模塊與所述USB接口電路相連，當檢測所述USB接口電路有輸出電壓時， 從電池供電切換到所述USB接口電路供電。所述I/V轉換子模塊包括放大器電路和電子電位器，所述電子電位計與所述單片機模塊的外設信號傳輸接口相連，由所述單片機模塊編程設置所述電子電位器的滑臂定位。所述輸出模塊還包括列印驅動電路，所述列印驅動電路驅動微型印表機列印檢測數據。所述溫度傳感器為內置式溫度傳感器或外置式溫度傳感器。本發明具有的優點和積極效果是採用高集成度、低功耗的元器件，裝置體積小， 具有便攜性，設有單片機和液晶顯示器，能夠分析並顯示檢測結果，能夠滿足快速檢測的要求，適合在醫療檢測、食品安全和環境保護等領域的分析現場使用，採用電池及USB接口供電，在野外等無外部電源輸入時，可以用電池供電或者用筆記本PC機內帶電池等給裝置供電；具有數據存儲器，可存儲歷史數據，具有USB數據傳輸接口，可連接上位機及印表機等外設，可以列印檢測數值及曲線等，可通過上位機對存儲數據進行各種分析，得到研究體系的詳細信息。


圖1是本發明的結構示意圖。圖中1、單片機模塊，2、數據採集模塊，3、I/V轉換子模塊，4、溫度補償模塊。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下請參見圖1，一種可攜式電化學檢測分析裝置，包括單片機模塊1、程序存儲模塊、數據採集模塊2、輸出模塊、溫度補償模塊4和電源模塊，其中
所述單片機模塊1包括中央處理器(CPU)、數據存儲器(RAM)、時鐘(CLK)和外設信號傳輸接口 ；所述外設信號傳輸接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外設信號傳輸接口通過內部總線與所述中央處理器(CPU)和所述數據存儲器相連；
所述程序存儲模塊包括EEPROM存儲器，存儲單片機運行的程序文件，通過所述外設信號傳輸接口寫入或讀出程序；
所述數據採集模塊2包括D/A子模塊、A/D子模塊、I/V轉換子模塊3和電化學傳感器， 所述D/A子模塊輸入來自所述外設信號傳輸接口的數位訊號，轉換後輸出電壓信號至所述電化學傳感器；所述電化學傳感器檢測物質電化學特性的微電流，並輸出至所述ΙΛ轉換子模塊3，所述I/V轉換子模塊3將微電流信號轉換為電壓信號輸出至所述A/D子模塊，所述A/D子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口 ；所述I/V轉換子模塊3可以是由放大器電路和電子電位器等元件組成的電路，所述電子電位計與所述單片機模塊的外設信號傳輸接口相連，由所述單片機模塊編程設置所述電子電位器的滑臂定位；所述I/V轉換子模塊3也可以選用I/V轉換晶片；
所述輸出模塊包括液晶顯示器，所述液晶顯示器接收來自所述外設信號傳輸接口的驅動信號並進行數據顯示；所述輸出模塊還可以設置列印驅動電路，所述列印驅動電路能夠驅動微型印表機列印檢測數據；
所述溫度補償模塊4包括溫度傳感器和溫度A/D子模塊，所述溫度傳感器感應溫度變化產生電壓信號並輸出至所述溫度A/D子模塊，所述溫度A/D子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口 ；所述溫度傳感器可為內置式溫度傳感器或外置式溫度傳感器；
所述電源模塊包括電池和電壓轉換電路，因系統內模塊的工作電壓不同，電壓轉換電路將電池或其他方式的電源進行轉換處理，具有多種供電電壓，給系統內各模塊及器件供 H1^ ο本發明還可以設置USB接口電路，所述USB接口電路連接所述單片機模塊的外設信號傳輸接口，所述USB接口電路可以接入上位機計算機(PC)的USB埠，接收來自上位機的執行程序等文件以及向上位機計算機(PC)發送檢測數據及運算數據，可通過上位機計算機的網絡功能將數據傳輸到數據分析管理平臺，比如上位機計算機連接無線網卡，無線發送數據等，以及通過上位機與印表機及顯示裝置連接進行數據列印和顯示，所述USB接口電路還可連接具有USB接口的其他外設，比如印表機和輸入鍵盤等，實現外設與單片機模塊的數據通信，所述USB接口電路可支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE設備方式；將所述電源模塊與所述USB接口相連，當檢測USB接口有輸出電壓時，自動從電池供電狀態切換到USB接口供電，給系統內各模塊及器件供電，當檢測USB接口無輸出電壓時， 自動恢復電池供電狀態。本發明的工作原理通過上位機(PC)或者其他輸入設備對儀器實驗類型和參數值進行預置，數據檢測分析處理及數據輸出等程序可固化在程序存儲器內或通過USB接口電路從上位機計算機下載到程序存儲器內，單片機把設定的類型和預置的數值送到液晶顯示器顯示，同時單片機輸出相應的數位訊號至D/A子模塊，D/A子模塊轉化為相應的恆電壓值輸出至電化學傳感器，恆電壓加在參比電極和工作電極之間，電化學傳感器檢測物質電化學特性的微電流，並輸出至所述I/V轉換子模塊3，所述I/V轉換子模塊3將微電流信號轉換為電壓信號輸出至所述A/D子模塊，A/D子模塊經過模/數轉換輸出數位訊號發送給單片機模塊的外設信號傳輸接口。 本發明按照用戶設定的實驗類型，輸入相應的運行程序，執行具體的試驗，同時現場採集外部電化學傳感器實時的電壓信號。採集到的信號，由裝置內置的微處理器運行相應的程序進行分析處理後，可簡單顯示檢測結果，裝置可將原始數據及處理的結果發送到上位機(PC機)，上位機的儀器數據處理軟體，具有強大的解析功能，可以對原始數據等進行各種分析，得到研究體系的詳細信息。
權利要求
1.一種可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，包括單片機模塊、程序存儲模塊、數據採集模塊、輸出模塊、溫度補償模塊和電源模塊，其中所述單片機模塊包括中央處理器(CPU)、數據存儲器(RAM)、時鐘(CLK)和外設信號傳輸接口 ；所述外設信號傳輸接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外設信號傳輸接口通過內部總線與所述中央處理器(CPU)和所述數據存儲器相連；所述程序存儲模塊包括EEPROM存儲器，存儲單片機運行的程序文件，通過所述外設信號傳輸接口寫入或讀出程序；所述數據採集模塊包括D/A子模塊、A/D子模塊、I/V轉換子模塊和電化學傳感器，所述D/A子模塊輸入來自所述外設信號傳輸接口的數位訊號，轉換後輸出電壓信號至所述電化學傳感器；所述電化學傳感器檢測物質電化學特性的微電流，並輸出至所述ΙΛ轉換子模塊，所述I/V轉換子模塊將微電流信號轉換為電壓信號輸出至所述A/D子模塊，所述A/D 子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口；所述輸出模塊包括液晶顯示器，所述液晶顯示器接收來自所述外設信號傳輸接口的驅動信號並進行數據顯示；所述溫度補償模塊包括溫度傳感器和溫度A/D子模塊，所述溫度傳感器感應溫度變化產生電壓信號並輸出至所述溫度A/D子模塊，所述溫度A/D子模塊將接收的電壓模擬信號轉換為數位訊號後發送到所述外設信號傳輸接口；所述電源模塊包括電池和電壓轉換電路，給系統內各模塊及器件供電。
2.根據權利要求1所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，還包括USB接口電路，所述USB接口電路連接所述單片機模塊的外設信號傳輸接口、上位機計算機(PC)的USB 接口以及外設的USB接口，實施單片機模塊與上位機以及外設之間的通信。
3.根據權利要求2所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，所述USB接口電路支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE設備方式。
4.根據權利要求2所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，所述電源模塊與所述USB接口電路相連，當檢測所述USB接口電路有輸出電壓時，從電池供電切換到所述 USB接口電路供電。
5.根據權利要求1所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，所述I/V轉換子模塊包括放大器電路和電子電位器，所述電子電位計與所述單片機模塊的外設信號傳輸接口相連，由所述單片機模塊編程設置所述電子電位器的滑臂定位。
6.根據權利要求1所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，所述輸出模塊還包括列印驅動電路，所述列印驅動電路驅動微型印表機列印檢測數據。
7.根據權利要求1所述的可攜式電化學檢測分析裝置，其特徵在於，所述溫度傳感器為內置式溫度傳感器或外置式溫度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種可攜式電化學檢測分析裝置，包括單片機模塊、程序存儲模塊、數據採集模塊、輸出模塊、溫度補償模塊和電源模塊。本發明採用高集成度、低功耗的元器件，裝置體積小，具有便攜性，設有單片機和液晶顯示器，能夠分析並顯示檢測結果，能夠滿足快速檢測的要求，適合在醫療檢測、食品安全和環境保護等領域的分析現場使用，採用電池及USB接口供電，在野外等無外部電源輸入時，可以用電池供電或者用筆記本PC機內帶電池等給裝置供電；具有數據存儲器，可存儲歷史數據，具有USB數據傳輸接口，可連接上位機及印表機等外設，可以列印檢測數值及曲線等，可通過上位機對存儲數據進行各種分析，得到研究體系的詳細信息。
文檔編號G01N27/416GK102288658SQ20111023790
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者王春雷 申請人:天津市漢漠爾電子科技有限公司