基于Arduino和LabVIEW的高通量加样系统设计与实现

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高通量材料制备技术经过多年的发展,取得了巨大的进步,但是大部分技术都是针对于固体材料,与液体组合材料的高通量样品制备技术相关的研究较少,而液体材料的高通量制备首先需要解决的问题就是液体组合材料的加样。目前常见的液体材料全自动加样设备为全自动加样仪,它主要基于移液枪原理的液体分配方式实现组合材料的加样,操作复杂,加样精确度不够高而且加样的量很少。对应用于材料制备的加样过程来说,这样的精确度和加样量不能满足大多数使用场合,而国内外对能够适应加样量较多的场合且精度较高的全自动化高通量加样设备研究还较少,因此研究设计能够满足这些要求的组合材料样品高通量制备设备,十分有必要。本文以Arduino Mega 2560作为核心控制器,结合MAX485模块和A4988模块,配合Arduino IDE和LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)完成了下位机和上位机软件的开发,设计了一种应用于液体组合材料制备的高通量加样系统,此系统具有加样精度高,操作简单等优点。第一步,针对目前加样系统的精度问题,提出了高通量加样系统的设计需求并进行分析,给出了系统的总体方案和工作流程,并对硬件部分进行了设计;第二步,为了满足总体方案,设计了下位机工作流程图,针对A4988模块和MAX485模块,编写了控制步进电机和串口通讯的类库程序,并完成了以Arduino为核心的下位机软件开发,控制步进电机和串口使此设备能够准确定位并实现高精度的加样;第三步,以LabVIEW为开发软件,规划了加样系统上位机的控制流程和加样路径,将编写的子VI构造成各个操作模块,完成了上位机软件的开发,使得此设备可以采用读取Excel表格的方式自动进行加样,大大减少了操作的复杂程度;最后,针对加样精度设计实验,证明加样精度满足要求,最后对此设备的功能模块进行了测试,并制备了一批样品,证明了此系统满足设计需求。结果证明,操作人员可以通过填写Excel表格的方式一次输入大量数据,实现了加样操作的简化;操作人员可以自己对加样路径和加样孔板进行设定,使此设备的应用范围得到扩大;最后针对精度进行测试,证明了此设备的能够实现很高的加样精度。
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