基于qt的電潤濕器件驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、基于Qt的電潤濕器件驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計  摘要:為了實現(xiàn)電潤濕器件的驅(qū)動和控制,該系統(tǒng)設(shè)計包含驅(qū)動電路和上位機軟件兩部分。驅(qū)動電路使用PIC單片機通過FT245組成的USB接口模塊接收上位機的控制命令,按照預(yù)定義的格式解析生成控制信號控制DA芯片AD5535輸出電壓信號,使用集成化的電壓芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和升壓電路;上位機軟件基于Qt軟件開發(fā)框架在Windows平臺下采用C++語言編寫,實現(xiàn)對驅(qū)動參數(shù)的各種操作和電潤濕器件電極的狀態(tài)顯示功能。經(jīng)實驗驗證,該系統(tǒng)工作性能良好,滿足設(shè)計要求。  關(guān)鍵詞:電潤濕器件;驅(qū)動電路;上位機軟件;Qt  中圖分類號:TH122

2、.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-1302(2016)10-00-02  0引言  在傳統(tǒng)的以微量樣品為對象的生化分析實驗中,一般使用較為昂貴的實驗設(shè)備,且需要專業(yè)的實驗人員進(jìn)行操作?;陔姖櫇衿骷囊旱尾僮骷夹g(shù)可大大簡化生化樣品分析的實驗操作步驟,降低生化實驗對設(shè)備的依賴程度,且其需要的生化樣品更少、樣品實驗時間更短[1]。7  電潤濕器件利用微觀尺度下表面張力起主導(dǎo)作用的原理,通過改變液滴在固體接觸面的表面張力大小從而造成液滴的形變進(jìn)而改變液滴的運動狀態(tài)[2]。液滴與固體接觸時,液滴會沿著固體的表面延展,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時液滴形狀保持不變,此時固液界面在

3、空氣、液滴和固體三種物質(zhì)交點的切線與固液接觸面形成接觸角;根據(jù)Lippmann-Young方程[3],電潤濕器件按時序施加一定頻率和幅值的方波電壓后接觸角減?。唤佑|角減小使液滴發(fā)生形變,當(dāng)液滴左右曲率半徑變化導(dǎo)致的液滴內(nèi)部壓力差大于其受到的阻力時,液滴開始運動[4]。因此,通過對電潤濕器件進(jìn)行驅(qū)動和控制就可以實現(xiàn)液滴的基本操作。  1系統(tǒng)總體方案  電潤濕器件驅(qū)動控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路和上位機軟件兩部分。上位機軟件將驅(qū)動參數(shù)按照一定的控制命令格式發(fā)送,通過USB接口模塊傳輸?shù)絾纹瑱C,單片機將控制命令按照預(yù)定義的控制命令格式進(jìn)行解析,解析后利用SPI通信接口發(fā)送

4、控制信號給DA芯片,DA芯片輸出控制命令指定的電壓信號;上位機對用戶提供一種可視化的電潤濕器件操作界面,用戶選擇驅(qū)動電路與PC的連接端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測試,測試成功后即可在驅(qū)動參數(shù)輸入表格輸入驅(qū)動參數(shù),本設(shè)計提供驅(qū)動參數(shù)的文件打開和文件保存功能,方便用戶打開預(yù)定義的驅(qū)動參數(shù)文件和保存已調(diào)試完畢的控制命令,同時設(shè)計了電極模擬顯示區(qū)域,方便用戶更加直觀地觀察電極狀態(tài)變化?;赒t的電潤濕器件驅(qū)動控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示?! ?驅(qū)動電路  驅(qū)動電路采用模塊化設(shè)計方案,分為單片機控制模塊、USB接口模塊、DA輸出模塊和電壓轉(zhuǎn)換模塊,每個模塊完成其對應(yīng)的功能?! ?.

5、1單片機控制模塊7  在本設(shè)計中,單片機模塊實現(xiàn)上位機軟件控制命令的接收、解析和DA輸出模塊控制信號的發(fā)送,是整個系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)處理和控制中心。本設(shè)計采用PIC24系列單片機的PIC24HJ256GP206芯片,該芯片是16位采用RISC指令集單片機,擁有改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),工作頻率在32MHz時指令速度可達(dá)16MIPS,完全滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求[5]。單片機控制流程圖如圖2所示。  2.2USB接口模塊  USB接口模塊實現(xiàn)單片機I/O口與USB接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。本設(shè)計采用并行FIFO雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口芯片F(xiàn)T245實現(xiàn)USB接口模塊的功能,該芯片集成微

6、控制器和USB通信協(xié)議,同時提供PC端的設(shè)備驅(qū)動程序,一般用戶只需進(jìn)行簡單的硬件設(shè)計和軟件編程即可實現(xiàn)USB通信[6]。PIC24單片機與FT245的管腳連接如圖3所示?! ?.3DA輸出模塊  本設(shè)計選用具有多通道高電壓輸出的高精度DA芯片AD5535完成電壓信號的輸出,AD5535擁有32通道、14位DAC,內(nèi)置高壓輸出放大器,其輸出電壓范圍通過REFIN引腳編程設(shè)置。AD5535通過三線通信接口SPI與PIC24單片機連接,接收單片機傳輸?shù)碾妷簲?shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并根據(jù)該數(shù)據(jù)輸出對應(yīng)的電壓信號?! ?.4電壓轉(zhuǎn)換模塊  電壓轉(zhuǎn)換模塊將5V電源轉(zhuǎn)換成單片機控制模塊

7、、USB接口模塊和DA輸出模塊需要的電平,使用集成化的電壓芯片不僅縮小了電壓誤差,還大大減小了升壓電路的體積。其中使用LM2611、5SVV200S實現(xiàn)5V到-5V和200V的轉(zhuǎn)換,使用ISL60002實現(xiàn)5V到2.048V的轉(zhuǎn)換,再放大到4.096V。7  3上位機軟件  本設(shè)計中的上位機軟件開發(fā)基于跨平臺的C++圖形用戶界面和應(yīng)用軟件開發(fā)框架Qt,在跨平臺集成開發(fā)環(huán)境QtCreator中使用C++語言進(jìn)行編寫和編譯[7,8],運行在Windows平臺上。上位機軟件由端口、測試、發(fā)送、驅(qū)動參數(shù)和顯示5部分組成,實現(xiàn)驅(qū)動參數(shù)的輸入、打開、保存、清除、執(zhí)行、郵

8、件發(fā)送和電極模擬陣列的動態(tài)生成、狀態(tài)顯示等功能。  

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