一种无脉动连续工作的生物医学注射器制造技术

注射器是医疗健康，生物、化工等许多领域非常有用的工具，它可确保恒定且无脉动的流速。本发明专利技术开发了一种用于制造推拉式注射器的设计方法，适用于连续工艺、易于构建、低成本和可编程。推拉式注射器由Arduino nano ATmega328P驱动，它通过A4988步进驱动器控制NEMA17电机的微步进。推拉式注射器设置可通过数字编码器和使用C++编程的oled屏幕进行配置。PCB的设计和制造是为了方便设备的组装。四个止回阀和一个阻尼器保证了连续流动，阻尼器的尺寸和优化适用于该设备。该设备的流速和流动的线性度非常好，并且它具有显著的成本优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
一种无脉动连续工作的生物医学注射器


[0001]本专利技术涉及一种电机驱动可以使流量不间断且线性的推拉式注射器的设计方法。

技术介绍

[0002]注射器是在所有需要为已知体积的液体提供最大精度的输送过程中使用的设备。简单的操作原理和易用性与市场上这些设备的高成本相比，说明开发低成本连续注射器是有必要的。随着技术进步和Arduino等开源微控制器的引入，如今控制传感器和执行器的难度降低了。此外，随着机械加工的普及，原型制作将更加简单快捷。
[0003]因此，考虑到需要保证连续流动应用中的最大线性，本项目的目标是设计、制造和测试一种用于连续流动应用的低成本推拉注射器。通过使用4个止回阀，保证了连续流量，并通过在两个出口下游使用阻尼器，抑制了振荡，使流量均匀，即使在高流速下。推拉式注射器经过校准，可以在微步（1/4步）和全步（需要更大扭矩的地方）中工作，并且可以编程和独立控制，以实现实验室用途的多功能性。同时，为了便于组装和优化体积，设计了配套的印刷电路板（PCB）模型。
[0004]
技术实现思路

[0005]硬件说明及组成部件：推拉式注射器安装在一个450x50x4mm的有机玻璃板上，在板的一侧粘上一个垫片，目的是减少因步进而产生的振动并提高附着力。在板的另一侧，采用电机支架和电气柜支架固定，用于为步进电机提供稳定性，并包含电子元件，两个“注射器支架”，用于保持注射器主体静止和就位。
[0006]所有三个支架保持两个8mm光滑杆静止并锁定，“柱塞移动器”可在两个限位开关之间自由移动。“柱塞移动器”通过法兰由微步进先导的NEMA17电机移动，并连接到T8蜗杆。硬件的具体组成部件如下：（1）柱塞移动器（图1，A）是系统的核心，它是一个通过电机旋转移动的部件，在两个光滑的杆上滑动，通过阻塞柱塞，确保定期加载和卸载注射器。
[0007]（2）屏幕支架（图1，B）设计用于支撑屏幕，并覆盖机柜中的电子设备和电缆，便于访问系统的USB端口。
[0008]（3）电机支架和电气柜（图1，C）是系统的主要部分，它包含了驱动器和微控制器的PCB，NEMA17电机固定在其上。
[0009]（4）注射器支架（图1，D）是在移动柱塞时固定注射器主体的部件。
[0010]（5）柱塞支架（图1、F.1和F.2）是将柱塞固定在柱塞移动器上的部件（6）侧面注射器支架（图1，E）和顶部注射器支架（图1，G）是固定与注射器支架固定在一起的注射器主体的部件。
[0011]（7）PCB及电路图
采用Arduino nano（版本3.0）用于推拉式注射器的微控制器，直接通过直流连接器（必须连接9V直流1000mAh电源）的VIN针脚（和GND）供电。
[0012]相同的接地点（GND）和9V电源也连接到驱动器A4988的特定针脚（GND和VMOT）。在电源的正极（9V）和接地（GND）极之间放置一个电容器（100uF
–
50V），其目的是稳定到达驱动器的电流，保护驱动器免受硬件其他部分引起的噪音，并保护硬件其他部分免受驱动器引起的电压降。
[0013]以下部件连接到微控制器：0.96“OLED屏幕（A4上的SDA和A5上的SCK）、数字编码器（D6上的SW、D5上的DT和D4上的CLK）、两个限位开关（使用常开配置和10kΩ下拉电阻器）连接到控制器针脚D10和D9。
[0014]A4988针脚1A、1B、2A、2B将步进电机连接到电路；DIR和步进销（分别连接到D2和D3）用于控制电机的位置和步进；SLP和RST针脚相互连接（并连接到针脚A1），作用是在泵暂停时禁用电机（用于限制电流消耗和降低内部部件的老化）；最后，针脚MS1、MS2、MS3（分别连接到针脚A6、A3和A2）用于微步控制。各种组件的VDD针脚都连接到微控制器的5V端，同样，所有组件的GND针脚都与微控制器的GND共享。微控制器的针脚连接如表1所示。
[0015]表1 微控制器针脚连接微控制器数字（D）/模拟针脚（A）组件针脚A1睡眠
‑
重置A4988A2MS3A4988A3MS2A4988A4SDAOled屏幕0.96
’’
A5SCLOled屏幕0.96
’’
A6MS1A4988D2DirA4988D3STPA4988D4DT编码器D5CLK编码器D6SW编码器D9限位开关2D10限位开关1PCB设计PCB的设计图纸，包括顶丝，底丝，孔位，铜箔印刷位置等如图2所示。
[0016]软件固件该软件脚本用C++语言编写，代码为“.ino”文件，并使用Arduino IDE在微控制器上实现。本专利技术所涉及的代码共有6组，分别命名是“AUTOHOME”，“Encoder_sel”，“Msg_to_Oled”，“PPSP_Software”，“Start_selection”，和
“”
：step_function。具体代码如下：（1）AUTOHOME.ino// 该功能执行初始校准：当泵的移动部分达到限位开关1时，电机停止，并重新启动，直到遇到第二个限位开关，在第二个冲程中，它计算清空（加载）注射器所需的步骤数void AutoHome() {
ꢀꢀ
if (digitalRead(limit1) == 1) {
ꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinDir, HIGH);
ꢀꢀꢀꢀ
for (int x = 0; x < 200; x++) {
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinStep, HIGH);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
delayMicroseconds(500);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinStep, LOW);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
delayMicroseconds(500);
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀ
}
ꢀꢀ
delay(300);
ꢀꢀ
if (digitalRead(limit2) == 1) {
ꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinDir, LOW);
ꢀꢀꢀꢀ
for (int x = 0; x < 200; x++) {
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinStep, HIGH);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
delayMicroseconds(500);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
digitalWrite(pinStep, LOW);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
delayMicroseconds(500);
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
delay(300);
ꢀꢀ
}
ꢀꢀ
digitalWrite(pinDir, HIGH );
ꢀꢀ
while (本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无脉动连续工作的生物医学注射器，其特征在于该注射器是一种可以实现人机交互的，按照指定定流量，连续泵送的装置；该装置的组成由硬件和软件固件组成，其中硬件包括有机玻璃板，推拉式注射器，注射器支架，柱塞移动器，柱塞支架，屏幕，屏幕支架，NEMA17电机，电机支架和电气柜，印刷电路板，微控制器，数字编码器和驱动器；软件固件架构分...

【专利技术属性】
技术研发人员：付远，邱伊健，张友亮，
申请(专利权)人：江西省科学院应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：