国家大学生创新项目BOD结题答辩-电路组x

1、教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪结题答辩结题答辩生物传感器法生物传感器法BOD快速测定仪快速测定仪（二）电控系统硬件设计（二）电控系统硬件设计指导老师：任玉琢指导老师：任玉琢汇报人：黄勇汇报人：黄勇教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪目录目录项目基本目标项目基本目标1项目技术方案项目技术方案2项目方案测试项目方案测试3教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪一、项目一、项目基本目标基本目标3基本要求：基本要求：1.基本功能驱动电

2、路2.信号采集电路2.电源模块功能拓展：功能拓展：1.优化电路设计2.提高电路可维护性教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪目录目录项目基本目标项目基本目标1项目技术方案项目技术方案2项目方案测试项目方案测试3电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计电路技术方案方案5氧电极传感器氧电极传感器温度传感器 信号采集放大STM32控制板控制板A/D转换转换恒恒温温加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵曝气泵曝气泵恒温恒温搅拌搅拌泵水泵水曝气曝气教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物

3、传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪6BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计传感器7传感器：传感器：溶氧电极溶氧电极德国德国WTW公司公司CellOx 325功能：测量溶解氧浓度功能：测量溶解氧浓度输出信号输出信号毫伏量级的双端直流电压信号毫伏量级的双端

4、直流电压信号要求：要求：拥有拥有好的好的共模抑制比和低频性能。共模抑制比和低频性能。AD8221差分信号差分信号教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪8BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计传感器9缺点：

5、缺点：反馈控制延迟大反馈控制延迟大电路复杂，增加电路复杂，增加主控压力主控压力使用使用ucosII系统系统跑得很慢跑得很慢功能：由于操作过程需要恒温。采用铂热电功能：由于操作过程需要恒温。采用铂热电阻来检测温度的变化。阻来检测温度的变化。电压值（毫伏级）电压值（毫伏级）输出信号输出信号AD8221方案一：传感器：方案一：传感器：铂热电阻铂热电阻 PT1000电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计传感器10优点：优点：控制电路简单控制电路简单温度测量方便温度测量方便精确精确数字量，直接连接数字量，直接连接STM32输出信号输出信号方案二：传

6、感器：方案二：传感器：DS18b20传感器+加热垫 教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪11BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计信号放大12放大器：放大器： AD8221输出信号输出信号毫伏量级的双端

7、直流电压信号毫伏量级的双端直流电压信号AD8221差分信号差分信号满足放大器要求：满足放大器要求： （1）足够大的放大倍数和响应速度）足够大的放大倍数和响应速度 （2）高输入阻抗）高输入阻抗 （3）高共模抑制比）高共模抑制比 （4）低温漂，低噪声，低失调电压和电流）低温漂，低噪声，低失调电压和电流电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计A/D13模数转换：模数转换： AD7710输出信号输出信号经放大后的模拟经放大后的模拟信号信号AD7710 在 23 位动态范围内的误差仅为 0.0015%考虑指标：AD位数，非线性度等指标双通道更适合我们

8、的氧电极输出信号的处理精确性温漂性自校准能基本消除温漂影响，教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪14BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计电路图实物图教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物

9、传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪16BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计电机控制及驱动1.曝气泵v目的：为微生物提目的：为微生物提供样品足够氧气，使供样品足够氧气，使更加符合实际结果更加符合实际结果v压力压力:90KPa:90KPa，额定使用电压，

10、额定使用电压:6V:6V（DCDC），电流），电流:0.45A:0.45A，尺寸，尺寸: :直直径径:27mm :27mm 长长:64mm:64mm，出气口：，出气口：4mm4mmv控制方案：不需要控制电机的正反转，半控制方案：不需要控制电机的正反转，半H H桥即可达到要求桥即可达到要求电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计电机控制及驱动18目的：泵入定量的清洗液或样品。通过控制实现在规定时间内泵入液体参数：参数：工作电压是工作电压是24V，流量为，流量为200ml/min，额定功率是额定功率是20W ，转子数为六，具有低噪音、，转子数为

11、六，具有低噪音、高精度，使用方便，泵管结构简单，免维护高精度，使用方便，泵管结构简单，免维护等特点等特点确定型号确定型号KCS-S40SA6BKCS-S40SA6B2.蠕动泵设计电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计3、电机控制及驱动193、升降机设计方案：设计一个H桥，控制电机的正反转和速度目的目的：实现铂电阻及氧电极的自由升降。驱动芯片选择：驱动芯片选择：BTS7960 通态电阻典型值为通态电阻典型值为 16mQ16mQ 驱动电流可达驱动电流可达 43A 43A电机参数电机参数：24V24V驱动，空载速度驱动，空载速度24mm/s24

12、mm/s，行程，行程150mm150mm教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪20BODBOD硬件硬件部分部分信号采集信号采集及放大及放大电机自动电机自动控制控制曝气泵曝气泵加热垫加热垫升降机升降机蠕动泵蠕动泵信号放大信号放大及及A/DA/D温度传感温度传感器器氧电极传氧电极传感感信号采集原信号采集原理图设计理图设计电机原理图电机原理图设计设计STM32主控板主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计4、电源及电磁阀21正负正负5V，给信号，给信号板板IC供电供电24V，驱动板供，驱

13、动板供电电继电器控制继电器控制教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪目标及改进目标及改进32 我们在上一届项目的基础上减少了磁搅拌，使机械和电路布局更合理，用升降机直接实现搅拌，减少了电路机械工作量之前使用AD7221实现的AD转换，因为手机的电压为毫伏级别，误差大，使用STM32内部的AD，处理便捷，精度更高1之前用的是一块整板，虽然便于调试，但是容易烧坏，整体调试效果也不好。现在将电路模块化，分为驱动板、信息板、电源板教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪目录目录项目基本目标项目基本

14、目标1项目技术方案项目技术方案2项目方案测试项目方案测试3教育部国家大学生创新性实验计划项目 生物传感器法生物传感器法BODBOD快速测定仪快速测定仪测试数据测试数据测试实际数据：测试实际数据：电源：电源：5V电流：电流：0.37A压力：压力：73KPa测试数据测试数据电压：电压：24V流量：流量：100ml/min电压：直流电压：直流5V检测颜色：绿色检测颜色：绿色占空比占空比50%检测有效距离小于等检测有效距离小于等于于5厘米厘米电压：电压：24V功率：功率：30W电压：电压：5V位数：位数：12位位感温范围感温范围-55 -+125电压：电压：5V通断控制通断控制电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计三三、项目、项目方案测试方案测试25第一版：主控板电子科技大学空天科学技术学院电子科技大学空天科学技术学院BOD电控系统硬件设计电控系统硬件设计三三、项目、项