專利名稱：用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體自動進樣裝置，它可用于氣體分析過程中的氣體自動進樣。尤其是自動在線的氣體分析如在線氣相色譜分析中必不可少的氣體自動進樣環節。
背景技術：
在實驗室的氣相色譜分析中通常的氣體進樣方式為手動進樣方式。手動進樣方式必須靠人去定時操作進樣，人工操作往往給氣體進樣帶來了一定的人為因素誤差，如進樣時間的不一致會造成氣體出峰譜圖重復性不好。另外現在越來越多的在線氣體分析中，是不能靠手工來操作而必須完全由計算機來控制完成氣體的自動進樣，過去手動操作的氣體進樣方式滿足不了氣體在線分析的需要。
另外國外有類似的氣體自動進樣裝置如電動六通閥，閥的本身內部不帶智能控制部分，它的動作是靠通上電后由外部接點的開/閉來驅動的。這種電動六通閥不能由計算機來直接控制它的動作，如要用計算機來控制還必須外帶一臺能輸出開/閉接點的外部裝置才能控制，使用起來不是很方便。
發明內容
技術問題為了解決在線氣體分析過程中氣體自動進樣的問題，同時改善手動進樣方式給分析結果帶來的人為誤差，本發明提供一種能由計算機直接控制，且價格較低的用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置及其控制方法。
技術方案本發明解決了一種能由計算機直接控制的氣體自動進樣方法并實現了裝置，該裝置整個氣體進樣過程不需要人工去操作，直接插上工作電源即可由計算機來控制完成工作。它的控制方式分軟件控制方式和外部接點控制方式兩種，軟件控制方式直接通過RS232通訊口接受計算機指令來完成；外部接點控制方式與進口電動六通閥一樣用外部接點開/閉狀態來驅動它。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案為用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置由控制電路、電機、受控閥所組成，控制電路由微控制器芯片“80C32”和通訊接口芯片“MAX232”所組成，該控制裝置的計算機通過“RS232”通訊接口與微控制器的輸入端相接，微控制器的IO端口分別接電機驅動器的輸入端和跳線開關、外部控制器的輸出端，電機驅動器的輸出端接步進電機的輸入端，步進電機的轉軸直接與六通閥的轉軸連接。
微控制器的“RXD”端和“TXD”端分別接“MAX232”的“TIN”端和“ROUT”端；由通訊接口芯片“MAX232”的“TIN、ROUT”端和“GND”端組成“RS232”通訊接口；微控制器的“IO1、IO2”端對應接電機驅動器的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端對應接外部控制器的輸出端OUT1，“IO5”端接跳線開關的輸出端OUT2；電機驅動器的“A、A-、B、B-”端分別對應接步進電機上的“A、A-、B、B-”端。
由計算機通過“RS232”通訊接口進行控制的步驟為a、上電初始化，使進樣裝置復位在“LOAD”位置，b、判斷跳線開關是否在軟件控制方式，c、若跳線開關在軟件控制方式，則等待計算機建立通信，d、判斷計算機通信是否正常，若不正常則返回以上步驟c，等待計算機建立通信；若正常則等待接受到INJECT命令，e、置位IO1電機正轉，向IO2發送50個脈沖，f、電機正轉45度，帶動六通閥完成進樣，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1電機反轉，向IO2發送50個脈沖，i、電機反轉45度，六通閥恢復LOAD狀態，完成一次氣體進樣過程；在以上步驟b判斷跳線開關是否在軟件控制方式中，若跳線開關不在軟件控制方式，則是外部接點控制方式，并進行如下操作j、等待外部接點動作，k、判斷IO3是否為低電平若IO3是低電平，則轉入步驟c；若IO3不是低電平，則繼續判斷IO4是否為低電平，
1、若IO4是低電平，則轉入步驟h，若IO4不是低電平，則轉入步驟k繼續判斷IO3是否為低電平。
該氣體自動進樣裝置包括平面進樣六通閥、步進電機、步進電機驅動電路、控制電路、電源模塊、跳線開關組成。把平面進樣六通閥的轉軸與步進電機的轉軸連接固定牢固，當計算機控制步進電機在順時針或逆時針轉動一定角度時，步進電機帶動六通閥轉動相同角度，從而使閥從取樣狀態轉換到進樣狀態或由進樣狀態恢復到取樣狀態，從而完成氣體的自動進樣過程。
裝置中有一微控制器，微控制器自帶IO接口和外擴展RS232通訊接口。IO口上分別連接跳線開關、外部控制器的輸出端OUT1、OUT2、步進電機驅動器DIR、CP信號輸入端。步進電機驅動器四個驅動線A、A-、B、B-分別對應連接步進電機上A、A-、B、B-四根線。當跳線開關設置為0時，進樣方式為軟件控制方式，實現氣體的自動進樣流程為由計算機發送命令“INJECT”給微控制器，微控制器接受到命令后，置IO1口為高電平使電機轉動方向為順時針方向，由IO2發送一定數量的正脈沖，使步進電機帶動六通閥順時針方向轉動一定角度從而實現閥由取樣狀態動作到進樣狀態。當氣體分析過程完成后，由計算機發送命令“load”，裝置接受到命令后置IO1口為低電平使電機轉動方向為逆時針方向，由IO2發送相同數量的正脈沖，使步進電機帶動六通閥逆時針方向轉動相同角度從而實現閥由進樣狀態恢復到取樣狀態。這便是一次在線的氣體分析中完整的氣體自動進樣過程。
當裝置上跳線開關設置為1時，進樣方式為外部接點控制方式。外部控制器中OUT1輸出接點的一端接低電平，另一端連接到控制電路4的IO3、IO4口。當控制電路4的IO3口接收到低電平時，裝置執行相當于軟件控制方式中接受到“INJIECT”命令后的流程，從而實現氣體自動進樣。當控制電路4的IO4口接受到低電平時，裝置執行相當于軟件控制方式中接受到“load”命令后的流程，裝置從進樣狀態恢復到取樣狀態。
有益效果在實驗室的氣相色譜分析中通常的手動進樣方式必須依靠人去操作進樣，人工操作往往給氣體進樣帶來了一定的人為因素誤差，如進樣時間的不一致會造成氣體出峰譜圖重復性不好。由于傳統的氣相色譜分析中手動進樣閥是一機械部件，它本身不通電，不帶電動的執行機構。閥的動作不能采用電腦控制而只能靠手來控制。本發明的氣體自動進樣裝置通過用微控制器控制的步進電機來帶動機械閥的轉動，從而解決了手動機械閥不能帶電，不能用電腦控制的問題。用該裝置和方法實現的氣體自動進樣可以消除試驗過程中人工操作帶來的人為誤差，試驗中每次氣體進樣后氣體的出峰譜圖一致性很好。另外現在越來越多的在線氣體分析中，是不能靠手工來操作而必須完全由計算機來控制完成氣體的自動進樣，過去手動操作的氣體進樣方式已經滿足不了氣體在線分析的需要。本發明解決了國內在線氣體分析中氣體自動進樣的技術問題而不用完全依賴于進口產品。
國外的電動六通閥產品內部不帶微控制器，即它沒有通訊接口，不能接受或發送計算機指令。這種電動六通閥不能由計算機通過通訊指令來直接控制它的動作，如要用計算機來控制還必須外帶一臺能輸出開/閉接點的外部裝置才能控制，使用起來不是很方便。本發明的氣體自動進樣裝置中自帶微控制器和擴展通訊接口，有了通訊接口該裝置就可以接受或發送計算機指令，直接與計算機對話。該裝置可以很方便地用計算機來直接控制實現氣體的自動進樣，用本發明實現的氣體自動進樣裝置氣體進樣效果與進口電動六通閥是相同的，而本發明的氣體自動進樣裝置由于多了一種計算機直接控制方式使用起來更為方便。
另外進口的電動六通閥在國內售價昂貴，影響了該類產品的大面積推廣運用。而本發明選用的手動六通閥、微控制器、通迅接口芯片和步進電機等部件成本相對較低，用他們實現的氣體自動進樣裝置能達到較高的性能價格比。
本發明提供一種能由計算機直接控制，且價格較低的用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置及其控制方法。
下面結合附圖和實施例對發明進一步說明。
圖1是本發明的總體結構圖。
圖2是六通閥氣體進樣示意圖。其中圖2a是取氣狀態示意圖；圖2b是進樣狀態示意圖。
圖3是自動進樣裝置電路原理圖。
圖4是自動進樣裝置軟件流程圖。
以上的圖中有平面進樣六通閥1，步進電機2，步進電機驅動器3，微控制器4，RS232通訊接口5，電源6，跳線開關7、計算機8、外部控制器9。
具體實施例方式
用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置，由控制電路、電機、受控閥所組成，控制電路由微控制器“80C32”4和通訊接口芯片“MAX232”所組成。該控制裝置的計算機8通過“RS232”通訊接口5與微控制器4的輸入端相接，微控制器4的IO端口分別接電機驅動器3的輸入端和跳線開關7、外部控制器9的輸出端，電機驅動器3的輸出端接步進電機2的輸入端，步進電機2的轉軸直接與六通閥1的轉軸連接。微控制器的RXD端和TXD端分別接MAX232的TIN和ROUT端，由MAX232的TIN、ROUT和GND端組成RS232通訊接口5，微控制器的“IO1、IO2”端對應接電機驅動器3的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端對應接外部控制器9的OUT1輸出端，“IO5”端接跳線開關7的OUT2輸出端；電機驅動器3的“A、A-、B、B-”端分別對應與步進電機2上的“A、A-、B、B-”端。
在圖1中，平面進樣六通閥1中轉動手柄上螺帽去掉，它的活動軸與步進電機的轉軸連接固定牢固，使步進電機能平穩帶動六通閥轉動實現氣體進樣。
圖1中的步進電機選用兩相混合式步進電機，步進電機與步進電機驅動器相連接，它的連接關系為步進電機的四根引出線A、A-、B、B-分別與步進電機驅動器上的A、A-、B、B-四根線對應連接。
步進電機驅動器除與步進電機四個線連接外，其他端子連接為圖3中步進電機驅動器的V+，GND接入電源模塊，電壓范圍在直流18V至40V之間。DIR為電機轉動方向控制信號輸入端，連接微控制器4的IO1口；CP為脈沖信號輸入端，連接微控制器4的IO2口。OPTO為輸入控制信號的公共陽端，連接電源+5V。
圖3中微控制器的IO1、IO2分別連接步進電機驅動器3的DIR和CP信號輸入端，IO5連接一跳線開關，該開關輸出端可分別輸出高電平1和低電平0；RS232通訊接口5為一通訊接口，對外可連接計算機232接口或其他通迅接口；圖3中IO3、IO4為一外部接點輸入接口，可連接外部控制器。
六通閥實現氣體自動進樣的外部氣路連接方法為圖2中六通閥有六個氣路接頭，當面向接頭方向時，任選一個接頭編號定為1，按順時針方向接頭編號分別為2至6。3和6號接頭安裝氣體分析用的取樣定量管；1和2號接頭分別為樣氣的入口和出口；4號接頭可統入氣體分析用的載氣，5號接頭接入氣體分析機構。在圖2的左示圖中為裝置的取樣狀態，要分析的氣體可由接頭1、2通入定量管中保存。當步進電機轉動帶動六通閥一起轉動一定的角度時，六通閥成為圖2右示圖中的氣體進樣狀態，這時定量管中氣體在載氣的帶動下流入氣體分析機構從而實現了氣體的自動進樣過程。
按圖2所示連接好氣體定量管和外部氣路，裝置實現氣體自動進樣的具體流程如圖，進樣裝置中的步進電機驅動器3上選擇半步方式，用通訊線連接裝置與計算機通訊接口，跳線開關設置為低電平0時，進樣方式設置為軟件控制方式。當計算機與裝置建立通訊連接后，由計算機發送命令“INJIECT”，裝置接受到命令后置控制電路4中IO1口為高電平使電機轉動方向為順時針方向，由IO2發送50個正脈沖，使步進電機2帶動平面進樣六通閥1順時針方向轉動45度從而實現閥由取樣狀態動作到進樣狀態。當氣體分析過程完成后，由計算機發送命令“load”，裝置接受到命令后置微控制器4中IO1口為低電平使電機轉動方向為逆時針方向，由IO2發送50個正脈沖，使步進電機2帶動平面進樣六通閥1逆時針方向轉動45度從而實現閥由進樣狀態恢復到取樣狀態。
當裝置上跳線開關設置為1時，進樣方式為外部接點控制方式。外部控制器中OUT1輸出接點的一端接低電平，另一端連接到裝置中控制電路4的IO3、IO4口，在任何狀態下只能有一付接點跟低電平接通，而另一付接點跟高電平接通。當IO3口接收到低電平時，裝置執行相當于軟件控制方式中接受到“INJIECT”命令后的流程，從而實現氣體自動進樣。當IO4口接受到的低電平時，裝置執行相當于軟件控制方式中接受到“load”命令后的流程，裝置從進樣狀態恢復到取樣狀態。
由計算機8通過“RS232”通訊接口5進行控制的步驟為a、上電初始化，使進樣裝置復位在“LOAD”位置，
b、判斷跳線開關是否在軟件控制方式，c、若跳線開關在軟件控制方式，則等待計算機建立通信，d、判斷計算機通信是否正常，若不正常則返回以上步驟c，等待計算機建立通信；若正常則等待接受到INJECT命令，e、置位IO1電機正轉，向IO2發送50個脈沖，f、電機正轉45度，帶動六通閥完成進樣，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1電機反轉，向IO2發送50個脈沖，i、電機反轉45度，六通閥恢復LOAD狀態，完成一次氣體進樣過程；在以上步驟b判斷跳線開關是否在軟件控制方式中，若跳線開關不在軟件控制方式，則是外部接點控制方式，并進行如下操作j、等待外部接點動作，k、判斷IO3是否為低電平若IO3是低電平，則轉入步驟c；若IO3不是低電平，則繼續判斷IO4是否為低電平，1、若IO4是低電平，則轉入步驟h，若IO4不是低電平，則轉入步驟k繼續判斷IO3是否為低電平。
權利要求
1.一種用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置，由控制電路、電機、受控閥所組成，其特征在于該控制裝置的計算機(8)通過“RS232”通訊接口(5)與微控制器(4)的輸入端相接，微控制器(4)的IO端口分別接電機驅動器(3)的輸入端和跳線開關(7)、外部控制器(9)的輸出端，電機驅動器(3)的輸出端接步進電機(2)的輸入端，步進電機(2)的轉軸直接與六通閥(1)的轉軸連接。
2.根據權利要求1所述的用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置，其特征在于控制電路由微控制器“80C32”(4)和通訊接口芯片“MAX232”所組成，微控制器的“RXD”端和“TXD”端分別接“MAX232”的“TIN””端和“ROUT”端；由通訊接口芯片“MAX232”的“TIN、ROUT”端和“GND”端組成“RS232”通訊接口(5)；微控制器的“IO1、IO2”端對應接電機驅動器(3)的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端對應接外部控制器(9)的輸出端OUT1，“IO5”端接跳線開關(7)的輸出端OUT2；電機驅動器(3)的“A、A-、B、B-”端分別對應接步進電機(2)上的“A、A-、B、B-”端。
3.一種如權利要求1所述的用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置的控制方法，其特征在于由計算機(8)通過“RS232”通訊接口(5)進行控制的步驟為a、上電初始化，使進樣裝置復位在“LOAD”位置，b、判斷跳線開關是否在軟件控制方式，c、若跳線開關在軟件控制方式，則等待計算機建立通信，d、判斷計算機通信是否正常，若不正常則返回以上步驟c，等待計算機建立通信；若正常則等待接受到INJECT命令，e、置位IO1電機正轉，向IO2發送50個脈沖，f、電機正轉45度，帶動六通閥完成進樣，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1電機反轉，向IO2發送50個脈沖，i、電機反轉45度，六通閥恢復LOAD狀態，完成一次氣體進樣過程；在以上步驟b判斷跳線開關是否在軟件控制方式中，若跳線開關不在軟件控制方式，則是外部接點控制方式，并進行如下操作j、等待外部接點動作，k、判斷IO3是否為低電平若IO3是低電平，則轉入步驟c；若IO3不是低電平，則繼續判斷IO4是否為低電平，l、若IO4是低電平，則轉入步驟h，若IO4不是低電平，則轉入步驟k繼續判斷IO3是否為低電平。
全文摘要
用于氣體分析的氣體自動進樣控制裝置及其控制方法涉及一種氣體自動進樣裝置，它可用于氣體分析過程中的氣體自動進樣。尤其是自動在線的氣體分析如在線氣相色譜分析中必不可少的氣體自動進樣環節。該控制裝置的計算機(8)通過“RS232”通訊接口(5)與微控制器(4)的輸入端相接，微控制器(4)的IO端口分別接電機驅動器(3)的輸入端和跳線開關(7)、外部控制器(9)的輸出端，電機驅動器(3)的輸出端接步進電機(2)的輸入端，步進電機(2)的轉軸直接與六通閥(1)的轉軸連接。其控制方法為由計算機(8)通過“RS232”通訊接口(5)進行控制。
文檔編號G01N30/24GK1598567SQ200410041759
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月20日 優先權日2004年8月20日
發明者許坤, 唐平, 程鵬, 張廣春 申請人:南京南自科技發展有限公司