非线性化学指纹图谱采集卡制造技术

本发明专利技术属于一种基于混合滤波的多通道全数字采集卡。用于记录非线性化学指纹图谱数据并进行简单处理。在分析化学、电化学分析、非线性化学指纹图谱、食品安全、药品安全等领域有应用价值。采集卡集成功能包括温度控制、搅拌速度控制、数据采集和传输、数据处理、采集卡性能为：温度可调节范围37℃‑60℃，精确控制±0.5℃；数据采集时间精度1ms，于每秒固定时间间隔精准采集10个数据点；可在±2000mV范围精确读取数据，电位精度1mV；搅拌速度600‑1800r/min控速；可无限时连续采集；具备绘图和简单数据处理功能；数据可通过串口、USB口有线传输，也可通过wifi无线传输。

【技术实现步骤摘要】
非线性化学指纹图谱采集卡
：本专利技术属于一种数据采集设备。可通过对溶液中电位进行跟踪采集，获取电位-时间曲线。所采集到的数据用于绘制非线性化学指纹图谱，结果可用于对复杂有机体系进行分析和鉴别。同时可结合大数据、云存储、模式识别等技术进行云端数据检索。在非线性化学、分析化学、食品安全、药品安全、大数据、云存储等领域有重要应用价值
技术介绍
：非线性化学反应是指在一个化学体系中，各化学成分的浓度随时间而发生非线性变化，典型的是反复振荡的周期变化，表观特征有电位、吸光度、颜色、形状、体积等周期性变化，其中的某些参数，可用仪器精密测量，从而反映化学体系的变化过程。针对这一奇特的化学现象，发展了一些理论，如耗散结构、FKN机理、俄勒冈模型等用于解释这一现象的化学本质。利用非线性化学体系复杂的反应机理、不可仿制的反应条件、对外界条件变化敏感、化学组成与反应结果呈现数学相关性等特点，是其作为化学分析手段的基础。对于一个特定的反应体系，不同的物质或不同量物质，将对反应体系产生影响，可观察到极具特征性的反应现象，并获得相关参数数据。报道较多的有电位、分光度、周期等随被测物加入量改变而有规律地改变。完整的非线性化学反应包括化学混沌、化学湍流、化学振荡、化学平衡等不同的阶段，涉及几十个基元反应，对反应过程的监测，所得时间-电位图谱(非线性化学指纹图谱)，是一个形态完整、极具特征、忠实反映化学体系内各物质协同作用的指纹图谱。其从反应开始积累(诱导期)，到分区振荡，到最终平衡，整个过程都包含了丰富的化学信息，是定性、定量不可或缺的参数。完整的非线性化学指纹图谱宏观上有图谱外型的特征性，微观上有电位、时间等数十个不同参数的线性、指数、对数、多项式特征。针对完整非线性化学指纹图谱的研究，可以发展一门新的指纹图谱研究技术。目前市面上的类似采集设备有一些明显缺陷，可以用于演示实验，但应用于需要高精度的指纹图谱分析则相差太远。
技术实现思路
：集成多通道数据采集卡(用于非线性化学指纹图谱采集)可对多路3V以内电压数据进行精确采集：参比电极(0)作为电压基准，预留总共3路测量电极(1、2、3)。0-1、0-2、0-3可以单独采集，也可以同时采集。单独采集时，功能和旧版一致。同时采集时，在保存文档中增加一列数值。每秒固定时间间隔采集10个点(如果芯片速度不够，下限为每秒采集5个点)，精度为1mv。如果出现漏点和明显误差，应有滤波功能(自动填补时间点，电压可以跟随上一点)。漏点不应连续出现2个以上。数据主要通过串口设备(可转接USB)连接电脑，并在电脑上有操作界面。操作界面可对所有模块进行控制。应至少保证24小时以上稳定采集，72小时更好。可对约100ml以内封闭空间液体精准控温。保证能在60℃精确控温(误差范围严格控制在59.5-60.5℃之间)。能在37.5℃附近增加一个精确控温点(误差范围±0.5°)。在20-60℃之间能调节温度，准确度可以有误差，精确度严格保证±0.5℃。但需要显示正确温度读数。能实现对搅拌速度的控制。利用磁力搅拌等方式使液体匀速搅拌。搅拌速度可粗略控制(设置3-5个档位)。减速下限要保证不能停止。具备数据无线传输功能。用wifi实现无线传输。预留手机APP应用。内置数据库及结果分析。包含数据库构架，可以直接导入数据。预留64G以上内存，或预留扩展用外插卡槽，数据库应能与数据对接。内置数据分析程序，采用图形相似度进行数据评价。具体实施方式：采集卡基于AD6206运算放大器，基于差分放大原理进行数据调理，改变其外接电阻，在1-1K倍之间实现放大，AD7606采用5V单电源供电，可以处理±10V和±5V真双极性输入信号，一级滤波由Camp1和Camp2组成，上级设备缓慢地输出变化值，超高频次的输出被认为是干扰，加入Camp3用于滤除不正常输出的高次干扰。Ca1、Ca2、Ca3、Ca4的作用是提供一个纯净的工作环境，为AD620滤除电源中的干扰，RG的值根据放大倍数G确定。数据采集使用AD7606BSTZ-4实现，是4通道同步采样模数数据采集系统(DAS)，DB15＝0，PAR/SER＝1，选择串行接口；RANGE接地，输入范围选择±5v；STBY＝1，芯片工作于正常模式；refselect接地，禁用内部基准电压。RS-232实现串口通信。使用STM32F103C8T6作为控制器，FLASH程序存储器容量是64KB，工作电压2V-3.6V。集成采集NCF所需的所有功能，增加了wifi、搅拌、温控、存储等模块，wifi电路，可以实现移动存储；固态继电器与搅拌电机驱动；为温控采用四线制PT100，电压经运放放大3倍，80℃约为130Ω，放大后为4.85v；SD存储卡，基于半导体快闪记忆器，体积小、数据传输速度快、可热插拔，存储容量可根据需要升级。通过软件实现用一个I/O和TLC2543CN的串行通信。设置看门狗电路在每200ms内进行判定，如果没有收到来自控制器的反馈信号，就发出一个复位信号，使控制器重启，这样保证系统不会死机。本程序中的串口通信采用了微软公司(MicrosoftCorporation)所提供的在简化Windows下的串行通信编程的ActiveX控件——MSComm控件。利用MSComm控件的OnComm事件来捕获并处理串口通信事件非常方便，这种方法有很明显的优点，就是程序能及时响应，可靠性非常高。用MSComm控件来完成数据读入功能，设计思路如下：检查端口是否已经打开，如果是打开，则关闭端口；选择端口号；打开该串口；设置读入数据方式为2进制；校验数据位数和停止位，设置波特率；当缓冲区中检查到有多于一个字符时则引发一个OnComm事件接受数据；在当前接受区设置数据长度为零；预先读取，清除缓冲区残留数据；完成初始化串口，同时设置各项串口参数。设置BYTE数组；检查事件值如果为2，则表示接受缓冲区内有字符；读缓存区；把变量类型从VARIANT型变量转化为ColeSafeArray型变量；获取数据有效长度；将类型转换为BYTE型数组；为提高处理效率，采用CHexEdit型数据；将数组类型转换为CString型变量；将字符送入strtemp存放，采用16进制方式；加入换行标志；数据采入时间获取；把数据值和时间转化为有效的数据点；绘制波形图命令。命令程序在事件“2”发生的时候检查缓冲区，读取其中的数据，根据算法在将数据进行处理后再分别存放到三个地方，第一个是CString型数组data，用于和时间信息合并；第二个是CString型变量m_strStore，用于存储；第三个是CPoint型数组m_pointArray，用于绘图。设置所绘制出来的波形的颜色、位置以及线条特点；计算m_pointArray值此时的大小。由于非线性化学实验，振荡反应的时间有时候会很长，从一个小时到十几个小时都有可能，数据采集的时间间隔是几十个毫秒，每秒可以采集10-20个点，这么快的采集速度，使得记录到的数据量非常大，可靠地接受数据的同时，受计算机处理能力的限制，还完整地绘制出整条曲线是无法保证的。所以，用代码绘制的曲线，每屏只有340本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种混合滤波全数字多通道数据采集卡。通过硬件和软件同时滤波提高性能。其集成模块有：温度控制、搅拌速度控制、数据采集精度和速度控制、数据处理模式控制、数据传输控制等。/n

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种混合滤波全数字多通道数据采集卡。通过硬件和软件同时滤波提高性能。其集成模块有：温度控制、搅拌速度控制、数据采集精度和速度控制、数据处理模式控制、数据传输控制等。


2.多通道采集模式。可同时对4个通道进行数据采集。


3.滤波及电位精度。可在2000mV范围实现±...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁峰，司士辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43