一种先进通用型光度计控制系统的制作方法

1.本发明涉及通用型光度计控制系统技术领域，更具体为一种先进通用型光度计控制系统。


背景技术：

2.随着集成电路的高速发展，给人的生活和工作提供了更智能化的便捷和体验。必然，我们科学仪器类产品也需要不断的更新和创新，提供更智能化的便捷应用和客户体验才能适应科研的发展，以保持产品的竞争力和市场的需求。由于公司光度计机型种类繁多，所以必须开发出一套先进通用型的电气控制系统，一方面提升仪器性能和满足市场发展需求，另一方面节省公司研发成本、管理成本和生产成本，提升产品的市场竞争力。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种先进通用型光度计控制系统，解决了目前市场上仪器需求高端化、智能化、多样化、专业化，增加了公司研发成本、管理成本和生产成本的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种先进通用型光度计控制系统，包括：控制系统，所述控制系统的电路系统采用模块化且分为三块板，所述三块板包括核心板、主板、驱动板。所述核心板配置mcu、sdram和flash；所述主板的主要功能是搭载核心板、rgb液晶驱动电路及通过数据排线与驱动板连接，所述驱动板的主要功能是配置步进电机驱动接口、光耦定位接口、联机驱动电路接口、附件功能接口、adc放大采样数据接口和电源接口。
5.作为本发明的一种优选实施方式，所述mcu选用型号为stm32h743的芯片且主频400mhz，所述flash是2mb，所述sdram是512kb，采用封装lqfp208其具有168个i/o口、1个tft lcd控制器、1个以太网mac、2个usb otg接口、4个usart和4个iic。
6.作为本发明的一种优选实施方式，所述flash选用华邦w25q256，使用quad spi接口，数据数率能达到532mhz，可以用来存用户数据或者主机程序，足够配置多种用户功能、测试数据和曲线参数。
7.作为本发明的一种优选实施方式，所述主板配置digital-50p接口定义的rgb液晶屏接口，iic接口的电容触摸板接口及液晶背光电源接口。
8.作为本发明的一种优选实施方式，所述控制系统配置了两片256细分st芯片stspin820ti驱动两个光栅电机，及三片ti的高性价比drv8821芯片驱动六个功能步进电机。
9.作为本发明的一种优选实施方式，所述联机驱动电路接口采用芯片cp2102,电路简单，且稳定可靠，使用115200波特率快速传输数据。
10.作为本发明的一种优选实施方式，所述控制系统配置有网络联机口，便于客户对实验室设备或数据进行网络或者局域网管理；另外还配置串口微打、两个usb host接口、串口蓝牙wifi模块。
h7系列控制器stm32h743,是stm32产品中的全新旗舰；使用此款型号mcu能完美体验仪器的触摸屏操控速度，以及超快超强大的数据处理能力；内存非常大，能配置很多种用户功能，专业分析应用功能，以及数据存储功能。电气系统高度集成化，通用化，模块化，考虑并集成了目前所有可能需要的硬件接口；如荧光光度计的150w氙灯电源开关控制接口，以及分光光度计的氘灯和钨灯开关控制接口，积分球附件接口，磁力搅拌器接口等；同系列各种型号配置的仪器均能使用此套硬件电路控制系统；电气系统的外部接口丰富，考虑并集成了目前公司所需要用到的所有联机通讯口，如usb联机、以太网联机、无线联机(蓝牙或wifi)。同类型同系列不同型号仪器均可使用同一个单片机控制软件，即一套单片机程序服务同类型同系列所有各种不同参数配置(比如单光束、双光束，是否能支持选配附件功能接口等)的型号，可以在后台进行出厂前相应型号对应的配置；说明：荧光和分光不同类型，即单独各一套软件控制(操作)系统。此电气系统的硬件集成电路均挑选市场上较新且性价比非常高的芯片，元器件尽量选用贴片，方便批量贴片生产，降低生产成本和报废率；此电气控制系统操作上非常智能化、人性化，测试数据稳定可靠，指标优异。
25.进一步改进的，如图1、2、3所示：所述mcu选用型号为stm32h743的芯片且主频400mhz，所述flash是2mb，所述sdram是512kb，采用封装lqfp208其具有168个i/o口、1个tft lcd控制器、1个以太网mac、2个usb otg接口、4个usart和4个iic，32m sdram选用256m-bit,32m-byte,华邦w9825g6kh-6，数据数率166mhz。
26.进一步改进的，如图4所示：所述flash选用华邦w25q256，使用quad spi接口，数据数率能达到532mhz，可以用来存用户数据或者主机程序，足够配置多种用户功能、测试数据和曲线参数。
27.进一步改进的，如图6所示：所述主板配置digital-50p接口定义的rgb液晶屏接口，iic接口的电容触摸板接口及液晶背光电源接口，选用分辨率为rgb1024*600的10.1英寸和7英寸大小，且数据接口定义为digital-50p的彩色裸屏，均可使用j1数据接口；j2为液晶背光电源接口，供10.1寸rgb屏的led背光灯用；7英寸rgb屏一般没有独立的led背光电源线；因10.1英寸和7英寸电容触摸板的iic数据接口定义位置和接口大小不一致，故预留两个ctp接口，但是io口的功能是一致的可以共用mcu端口；如上图j3是配7英寸电容触摸板使用，j4是配10.1英寸电容触摸板使用。
28.进一步改进的，如图7、8、9所示：所述控制系统配置了两片256细分st芯片stspin820ti驱动两个光栅电机，及三片ti的高性价比drv8821芯片驱动六个功能步进电机，波长光栅驱动电机由意法半导体的一款性价比卓越的步进电机专用驱动器stspin820驱动，采用4mm x 4mm qfn封装，可达到256微步分辨率，7v至45v的工作电压，1.5a最大输出rms电流，让设计人员能够灵活地应用并满足各种功率和转矩要求。再配置0.9度分辨率步进电机，完全能满足荧光光度计和分光光度计的波长精度要求，及波长重复性。两片stspin820分别独立驱动荧光光度计的ex波长光栅，及em波长光栅，或者是只使用一片驱动分光光度计的波长光栅；stspin820电机驱动芯片在本系统电路中的应用配置及功能介绍如下：decay为stspin820芯片的衰减模式选择，由mcu的i/o口可选择性控制。decay＝1,则本电路配置为慢衰减模式，电机发热量少，运转更顺畅、噪音更小，适用于电机全速或者低微步分辨率情况下使用。decay＝0，则本电路配置为混合衰减模式，适合于高精度高微步分辨率情况下使用，如256微步分辨率；m1、m2、m3为stspin820芯片的细分模式选择项，其参数
配置表如图8所示：在实际配置使用过程中，移动波长时配置m1＝0，m2＝0，m3＝0,即为full-step；波长高精度扫描过程中配置m1＝1，m2＝1，m3＝1,即为256细分驱动；dir为电机的转动方向控制口，由mcu的io口控制，光栅电机的正反转，能实现波长的快速移动；step为步进电机的转动转动设定步角距所需要的步数，由mcu程序配置相应驱动参数；电机的驱动电流是由stspin820的vref引脚的电压值决定的，具体公式如下：i＝vref/risen。本电路中vref由2.5v电压基准三极管lm4040c25idbzt稳压到dc2.5v，然后通过4.75kω电阻和2.05kω电阻分压得到vref＝0.75v；选负载电阻risen为两个2.49ω-0.5w电阻并联，即risen＝1.25ω；则驱动电流i＝vref/risen＝0.75v/1.25ω＝0.6a；德州仪器的一款高性价比步进电机专用驱动器drv8821，采用tssop-48封装，具有1/8微步进分度器的1.5a双路双极步进电机驱动器，8v至32v的工作电压，1.5a每相最大输出电流，让设计人员能够灵活地应用并满足各种功率和转矩要求。drv8821电机驱动芯片功能介绍如下：本电路配置decay＝0,固定为慢衰减模式，电机发热量少，运转更顺畅、噪音更小。
29.本系统固化abusm0＝1，abusm1＝0，cdusm0＝1，cdusm1＝0，即选用drv8821的1/2微步进分度器功能配置表如图9所示：dir为电机的转动方向控制口，由mcu的io口控制；当dir＝1,步进电机转动方向为顺时针；当dir＝0,步进电机转动方向为逆时针。
30.step为步进电机的驱动步数，由mcu程序配置相应驱动参数。
31.芯片drv8821的引脚vref的电压值与负载电阻risen共同决定电机的负载电流，具体公式如下：i＝vref/(5
×
risen)。本电路中vref直接取芯片的v3p3，即vref＝3.3v；选负载电阻risen为两个2.49ω-0.5w电阻并联，即risen＝1.25ω；则驱动电流i＝vref/(5
×
risen)＝3.3v/(5
×
1.25ω)＝0.53a。
32.进一步改进的，如图10所示：所述联机驱动电路接口采用芯片cp2102,电路简单，且稳定可靠，使用115200波特率快速传输数据。
33.进一步改进的，如图1所示：所述控制系统配置有网络联机口，便于客户对实验室设备或数据进行网络或者局域网管理；另外还配置串口微打、两个usb host接口、串口蓝牙wifi模块。
34.本发明电气系统的核心控制芯片选用意法半导体(st)推出的基于arm最新cortex-m7内核的stm32 h7系列控制器stm32h743,是stm32产品中的全新旗舰；使用此款型号mcu能完美体验仪器的触摸屏操控速度，以及超快超强大的数据处理能力；内存非常大，能配置很多种用户功能，专业分析应用功能，以及数据存储功能。电气系统高度集成化，通用化，模块化，考虑并集成了目前所有可能需要的硬件接口；如荧光光度计的150w氙灯电源开关控制接口，以及分光光度计的氘灯和钨灯开关控制接口，积分球附件接口，磁力搅拌器接口等；同系列各种型号配置的仪器均能使用此套硬件电路控制系统；电气系统的外部接口丰富，考虑并集成了目前公司所需要用到的所有联机通讯口，如usb联机、以太网联机、无线联机(蓝牙或wifi)。同类型同系列不同型号仪器均可使用同一个单片机控制软件，即一套单片机程序服务同类型同系列所有各种不同参数配置(比如单光束、双光束，是否能支持选配附件功能接口等)的型号，可以在后台进行出厂前相应型号对应的配置；说明：荧光和分光不同类型，即单独各一套软件控制(操作)系统。此电气系统的硬件集成电路均挑选市场上较新且性价比非常高的芯片，元器件尽量选用贴片，方便批量贴片生产，降低生产成本和报废率；此电气控制系统操作上非常智能化、人性化，测试数据稳定可靠，指标优异。
35.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。