基于STM32的電容式液面探測系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于STM32的電容式液面探測系統，包括上位工控機和單片機，上位工控機輸出控制端與吸液針驅動電機輸入控制端連接，上位工控機CAN通信接口通過CAN收發器與單片機CAN通信接口連接，單片機IIC通信接口與電容傳感器IIC通信接口連接，單片機檢測指示信號輸出端與上位工控機信號采集輸入端連接；上位工控機電源輸入端、CAN收發器高電壓電源輸入端和隔離電源單元輸入端與直流電源輸出端連接；隔離電源單元輸出端與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和電容傳感器電源輸入端連接；電容傳感器信號輸入接口屏蔽電纜與吸液針的金屬針芯連接。本實用新型專利技術保證在大的測量范圍內擁有高的靈敏度。

Capacitive liquid level detection system based on STM32

The utility model discloses a capacitive liquid level detection system based on STM32, including the host computer and MCU, IPC output control drive motor control input end and the aspirating needle is connected with the host computer CAN communication interface connected through CAN transceiver and MCU MCU CAN communication interface, IIC communication interface connected with the communication interface capacitance sensor IIC, MCU detection indication signal output end and IPC signal acquisition input terminal is connected with the host computer; the input power and CAN transceiver high voltage power input and isolation power unit input end and the output end of a DC power supply connection; isolated power unit output and single chip power input, low voltage power supply input CAN transceiver end and the capacitance sensor power input connection; capacitance sensor signal input interface of a shielded cable and aspirating needle gold Pin core connection. The utility model has the advantages of high sensitivity in a large measuring range.

【技術實現步驟摘要】
基于STM32的電容式液面探測系統
本技術涉及液面探測系統，尤其是涉及基于STM32的電容式液面探測系統。
技術介紹
在體外診斷儀器中，為了防止待測物之間的交叉污染，要求在吸取待測物液體時，吸液針進入待測物液面以下的長度越短越好，這就需要對吸液針進入待測物液面以下的長度進行探測。通過壓力和超聲波來檢測吸液針進入待測物液面以下長度的靈敏度比較低，因此，目前對吸液針進入待測物液面以下的長度進行探測多采用電容式液面探測技術。電容式液面探測技術是通過對電容傳感器的兩個電極之間的電容變化來判斷吸液針是否探測到待測物液面。在體外診斷儀器中，待測物液體總體積通常是微升級別，這就對待測物液面檢測的靈敏度提出了較高的要求；電容傳感器的兩個電極分別是吸液針和“地”，在不同的應用中，吸液針和“地”之間的電容會在較大范圍內變化，這就需要電容傳感器擁有較大的測量范圍，上述現有技術通常難以滿足。另外，現有電容式液面探測所用的吸液針均為導電材料制成，在有高頻輻射的環境中使用時，吸液針會成為“天線”接收高頻輻射信號，對電容檢測的結果產生干擾影響，如電磁干擾、人體接近干擾等，導致檢測結果的誤判。
技術實現思路
本技術目的在于提供一種基于STM32的電容式液面探測系統。為實現上述目的，本技術采取下述技術方案：本技術所述基于STM32的電容式液面探測系統，包括上位工控機和單片機，所述上位工控機輸出控制端與吸液針驅動電機輸入控制端連接，上位工控機CAN通信接口通過CAN收發器與所述單片機CAN通信接口連接，單片機的IIC通信接口與電容傳感器IIC通信接口連接，單片機的檢測指示信號輸出端與上位工控機的信號采集輸入端連接；上位工控機電源輸入端、所述CAN收發器高電壓電源輸入端和隔離電源單元輸入端分別與直流電源輸出端連接；所述隔離電源單元輸出端分別與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和所述電容傳感器電源輸入端連接；電容傳感器信號輸入接口通過抗干擾電路和屏蔽電纜與吸液針的金屬針芯連接，所述吸液針的金屬針芯外表面依次包覆有絕緣層和金屬屏蔽層，所述金屬屏蔽層和所述屏蔽電纜的屏蔽層與電容傳感器的屏蔽接口連接，電容傳感器的接地接口與機殼連接；所述隔離電源單元由隔離電源模塊和線性穩壓電源模塊組成，所述隔離電源模塊輸入端與所述直流電源輸出端連接，隔離電源模塊輸出端與所述線性穩壓電源模塊輸入端連接，線性穩壓電源模塊輸出端分別與單片機電源輸入端和電容傳感器電源輸入端連接。所述抗干擾電路由串聯在所述屏蔽電纜中的電感線圈，和連接于所述電感線圈輸入端與地之間的電容器組成。本技術優點在于通過STM32單片機靈活控制電容傳感器的測量范圍，保證在大的測量范圍內擁有極高的靈敏度，降低了對吸液針的制造工藝要求，提高了測量精確度，在降低成本的同時提高了儀器的可靠性。附圖說明圖1是本技術的系統結構框圖。圖2是本技術所述電容傳感器與所述吸液針的電氣連接示意圖。圖3是本技術所述隔離電源單元的電路原理框圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明，本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述實施例。如圖1-3所示，本技術所述基于STM32的電容式液面探測系統，包括上位工控機和單片機（STM32F103），上位工控機輸出控制端與吸液針的驅動電機M輸入控制端連接，上位工控機CAN通信接口通過隔離型CAN收發器（ADM3052）與單片機CAN通信接口連接，單片機的IIC通信接口與電容傳感器（FDC1004）1IIC通信接口連接，單片機的檢測指示信號輸出端與上位工控機的信號采集輸入端連接；上位工控機電源輸入端、CAN收發器高電壓電源輸入端和隔離電源單元輸入端分別與+24伏直流電源輸出端連接；隔離電源單元輸出端分別與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和電容傳感器1電源輸入端連接；如圖2所示，電容傳感器1信號輸入接口CINx通過抗干擾電路2和屏蔽電纜3與吸液針的金屬針芯4連接，吸液針的金屬針芯4外表面依次包覆有絕緣層5和金屬屏蔽層6，金屬屏蔽層6和屏蔽電纜3的屏蔽層7與電容傳感器1的屏蔽接口SHLDx連接，電容傳感器1的接地接口GND與機殼8連接；如圖3所示，隔離電源單元由隔離電源模塊（F2405XT-1W2或F2405XT-3W）和線性穩壓電源模塊（ASM1117-3.3）組成，隔離電源模塊輸入端與+24伏直流電源輸出端連接，隔離電源模塊輸出端與線性穩壓電源模塊（ASM1117-3.3）輸入端連接，線性穩壓電源模塊+3.3伏直流電源輸出端分別與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和電容傳感器1電源輸入端連接；如圖2所示，抗干擾電路2由串聯在屏蔽電纜3中的電感線圈L，和連接于電感線圈L輸入端與地之間的電容器C1組成。本技術工作原理簡述如下：單片機通過Can接口接收上位工控機控制命令和發送測量數據，同時判斷金屬針芯4是否檢測到液面；電容傳感器1負責執行電容檢測，并將測量值向單片機上報；驅動電機M由上位工控機控制。+24伏外部電源通過隔離電源模塊轉換為+5伏電源，同時將外部電源“地”（+24伏外部電源GND）與電路板“地”（機殼GND）隔離開，然后+5伏電源經過線性穩壓電源轉換為電容傳感器1和單片機需要的+3.3V。上位工控機和單片機通過隔離型Can收發器實現通信和對電容傳感器1的控制，上位工控機通過控制吸液針驅動電機M的旋轉來實現吸液針的上、下運動，單片機與電容傳感器1之間通過IIC通信線實現控制和數據傳輸。當吸液針向下運動時，上位工控機向單片機發送開啟電容檢測功能，單片機通過IIC通信線控制電容傳感器1開始進行電容檢測，并實時讀取測量值。當吸液針的金屬針芯4接觸到液面時，吸液針與電路板“地”（機殼GND）之間的電容值會變大，單片機檢測到這種變化后將檢測指示信號由低電平變為高電平，上位工控機檢測到此指示信號電平變化時命令停止驅動電機M運動，同時向單片機發出停止電容測量信號。將吸液針設置成由金屬針芯4外表面依次包覆有絕緣層5和金屬屏蔽層6結構，并將電容傳感器1信號輸入接口CINx通過同軸屏蔽電纜3與吸液針的金屬針芯4相連接，電容傳感器1的屏蔽信號接口SHLDx通過同軸屏蔽電纜3的屏蔽層7與吸液針的金屬屏蔽層6相連接，電容傳感器1的接地接口GND直接與機殼8相連接；這種連接方法相當于在電容傳感器1的信號線的周圍形成了一種“保護場”，能夠有效的屏蔽環境因素對電容傳感器1信號線的影響，提高了液面探測的穩定性。由于吸液針的金屬針芯4最下端未受到“保護場”的保護，因此高頻輻射會通過此部分引入電容傳感器1信號線，因此，將電容傳感器1信號輸入接口CINx通過抗干擾電路2和屏蔽電纜3與吸液針的金屬針芯4連接，抗干擾電路2可對引入的高頻輻射電路進行吸收，進一步提升了液面探測的準確性。開始進行液面探測時，吸液針驅動電機M控制吸液針向下運動，當吸液針的金屬針芯4最下端運動至樣本杯9的杯口時，上位工控機發送開啟液面探測命令，電容傳感器1開始測量吸液針與電路板“地”（機殼GND）之間的電容，保存第一次測量值z1，此后每2.5ms測量一次電容值，并與第一次測量值z1比較，當第N次測本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于STM32的電容式液面探測系統，其特征在于：包括上位工控機和單片機，所述上位工控機輸出控制端與吸液針驅動電機輸入控制端連接，上位工控機CAN通信接口通過CAN收發器與所述單片機CAN通信接口連接，單片機的IIC通信接口與電容傳感器IIC通信接口連接，單片機的檢測指示信號輸出端與上位工控機的信號采集輸入端連接；上位工控機電源輸入端、所述CAN收發器高電壓電源輸入端和隔離電源單元輸入端分別與直流電源輸出端連接；所述隔離電源單元輸出端分別與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和所述電容傳感器電源輸入端連接；電容傳感器信號輸入接口通過抗干擾電路和屏蔽電纜與吸液針的金屬針芯連接，所述吸液針的金屬針芯外表面依次包覆有絕緣層和金屬屏蔽層，所述金屬屏蔽層和所述屏蔽電纜的屏蔽層與電容傳感器的屏蔽接口連接，電容傳感器的接地接口與機殼連接；所述隔離電源單元由隔離電源模塊和線性穩壓電源模塊組成，所述隔離電源模塊輸入端與所述直流電源輸出端連接，隔離電源模塊輸出端與所述線性穩壓電源模塊輸入端連接，線性穩壓電源模塊輸出端分別與單片機電源輸入端和電容傳感器電源輸入端連接。

【技術特征摘要】
1.一種基于STM32的電容式液面探測系統，其特征在于：包括上位工控機和單片機，所述上位工控機輸出控制端與吸液針驅動電機輸入控制端連接，上位工控機CAN通信接口通過CAN收發器與所述單片機CAN通信接口連接，單片機的IIC通信接口與電容傳感器IIC通信接口連接，單片機的檢測指示信號輸出端與上位工控機的信號采集輸入端連接；上位工控機電源輸入端、所述CAN收發器高電壓電源輸入端和隔離電源單元輸入端分別與直流電源輸出端連接；所述隔離電源單元輸出端分別與單片機電源輸入端、CAN收發器低壓電源輸入端和所述電容傳感器電源輸入端連接；電容傳感器信號輸入接口通過抗干擾電路和屏蔽電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王超，王聰，孔翔飛，郭陽陽，王盼峰，翟瑩瑩，朱志光，劉聰，劉曉莉，
申請(專利權)人：安圖實驗儀器鄭州有限公司，
類型：新型
國別省市：河南,41