專利名稱：一種土壤養(yǎng)分浸提裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤樣品前處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種土壤養(yǎng)分浸提裝置及其工作方法。
背景技術(shù)：
我國人口占世界總?cè)丝诘?1%，但耕地面積只占世界耕地總面積的7%。人多地少，人增地減的趨勢(shì)在短時(shí)期內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)，糧食安全受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。土壤養(yǎng)分的豐缺信息是科學(xué)施肥、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的重要基礎(chǔ)。土壤養(yǎng)分測(cè)試的基本過程包括前處理過程和分析測(cè)試過程，養(yǎng)分浸提是土壤前處理的重要環(huán)節(jié)之一。提高土壤養(yǎng)分浸提操作的自動(dòng)化、儀器化水平是提高土壤養(yǎng)分測(cè)定效率的關(guān)鍵問題。常規(guī)實(shí)驗(yàn)室分析中，土壤養(yǎng)分浸提多采用人工作業(yè)、樣品批量化處理的操作模式， 主要存在以下缺點(diǎn)儀器設(shè)備體積占地大，只能裝備在土壤分析實(shí)驗(yàn)室中，而不適用于車載流動(dòng)作業(yè)場合應(yīng)用；人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作復(fù)雜、自動(dòng)化程度較低，易導(dǎo)致誤操作；多采用振蕩式浸提方法，土樣杯多選用玻璃燒杯，存在樣品易溢出和易破碎的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種土壤養(yǎng)分浸提裝置及其工作方法，以克服現(xiàn)有儀器設(shè)備體積占地大，只能裝備在土壤分析實(shí)驗(yàn)室中，而不適用于車載流動(dòng)作業(yè)場合應(yīng)用的問題。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種土壤養(yǎng)分浸提裝置，其包括主箱體、中軸單元、主控單元、攪拌單元、土樣容器和清洗單元；所述主箱體的上部設(shè)置有隔位支撐板；所述中軸單元包括上擋板、下?lián)醢濉椥约?、中軸轉(zhuǎn)軸、中軸套筒、軸承、主圓柱齒輪、副圓柱齒輪、中軸支撐板、凸輪、主錐形齒輪和副錐形齒輪；其中，所述下?lián)醢骞潭ㄟB接所述隔位支撐板的上表面；所述軸承的外圈固定連接所述隔位支撐板的下表面，內(nèi)圈固定連接所述中軸套筒的外壁；所述中軸轉(zhuǎn)軸的上端與所述上擋板固定連接，下端依次穿過所述下?lián)醢?、所述隔位支撐板和所述中軸套筒后與所述中軸支撐板固定連接；所述中軸套筒的下端設(shè)置有鍵槽，所述中軸轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與所述鍵槽匹配的平鍵；所述彈性件設(shè)置在所述上擋板和所述下?lián)醢逯g；所述主圓柱齒輪套設(shè)在所述中軸套筒上，并且與所述副圓柱齒輪咬合；所述副圓柱齒輪連接所述主控單元；所述凸輪的邊緣接觸所述中軸支撐板的上表面；所述凸輪通過傳動(dòng)軸連接所述主錐形齒輪；所述主錐形齒輪垂直咬合所述副錐形齒輪；所述副錐形齒輪連接所述主控單元；所述主控單元與所述主箱體固定連接，用于控制所述中軸單元豎直運(yùn)動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)，以及控制所述攪拌單元作業(yè)；
所述攪拌單元的上端連接所述中軸支撐板，下端伸入所述土樣容器或者所述清洗單元的清洗池中。優(yōu)選地，所述裝置包括兩個(gè)所述攪拌單元，兩個(gè)所述攪拌單元對(duì)稱設(shè)置在所述中軸支撐板的下部，其中一個(gè)所述攪拌單元的下端伸入所述土樣容器，另一個(gè)所述攪拌單元的下端伸入所述清洗池中。優(yōu)選地，所述攪拌單元包括攪拌電機(jī)、攪拌軸和攪拌葉；所述攪拌電機(jī)上端固定連接所述中軸支撐板的下表面，下端連接所述攪拌軸的上端；所述攪拌軸的下端連接所述攪拌葉；所述攪拌葉位于所述土樣容器或者清洗池內(nèi)部；所述攪拌電機(jī)還電連接所述主控單元，用于在所述主控單元控制下驅(qū)動(dòng)所述攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述主控單元包括互相連接的齒輪電機(jī)組和微處理器；所述齒輪電機(jī)組用于驅(qū)動(dòng)所述副圓柱齒輪和所述副錐形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述微處理器用于控制所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌單元中的攪拌電機(jī)按照作業(yè)流程轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述齒輪電機(jī)組包括第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)；所述第一伺服電機(jī)連接所述副圓柱齒輪，用于驅(qū)動(dòng)所述副圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二伺服電機(jī)連接所述副錐形齒輪，用于驅(qū)動(dòng)所述副錐形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述微處理器包括主處理器模塊，以及與所述主處理器模塊連接的驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤及指示燈模塊、顯示模塊、JTAG仿真模塊和電源模塊；所述主處理器模塊，用于向所述驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送使能信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)模塊使能所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌電機(jī)；用于通過所述鍵盤及指示燈模塊中的鍵盤接收錄入的土壤浸提信息，通過所述鍵盤及指示燈模塊中的指示燈指示所述裝置的當(dāng)前工作狀態(tài)；用于通過所述顯示模塊顯示所述裝置所處當(dāng)前工作狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)；用于通過所述JTAG仿真模塊對(duì)所述主處理器模塊的內(nèi)部程序進(jìn)行更新；所述電源模塊用于為所述主處理器模塊、所述驅(qū)動(dòng)模塊、所述鍵盤及指示燈模塊、 所述顯示模塊、所述JTAG仿真模塊，以及所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌電機(jī)供電。優(yōu)選地，所述清洗單元除所述清洗池外還包括注液泵和排液泵；并且，所述清洗池與所述主箱體固定連接，所述注液泵與所述清洗池的上部連通，所述排液泵與所述清洗池的下部連通。優(yōu)選地，所述清洗單元還包括內(nèi)注液管、外注液管、內(nèi)排液管和外排液管；所述內(nèi)注液管的內(nèi)端連通所述清洗池的上部，外端連通所述注液泵的出口端；所述外注液管的內(nèi)端連通所述注液泵的入口端，外端連通清洗液容器；所述內(nèi)排液管的內(nèi)端連通所述清洗池的下部，外端連通所述排液泵的入口端；所述外排液管的內(nèi)端連通所述排液泵的出口端，外端連通廢液池。優(yōu)選地，所述主箱體的下部設(shè)置有土樣杯支架；所述土樣杯放置在所述土樣杯支架上，并且所述土樣杯上端開口位置的高度與所述清洗池上端開口位置的高度相同。本發(fā)明還提供一種所述土壤養(yǎng)分浸提裝置的工作方法，其包括步驟A :主控單元控制微調(diào)所述中軸轉(zhuǎn)軸的位置，保證中軸轉(zhuǎn)軸處于最上端位置；B:所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向下運(yùn)動(dòng)到最下端位置，此時(shí)第一攪拌單元下端的第一攪拌葉進(jìn)入清洗池，所述主控單元控制清洗所述第一攪拌葉，然后所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向上運(yùn)動(dòng)回到所述最上端位置，所述中軸轉(zhuǎn)軸的平鍵進(jìn)入所述中軸套筒的鍵槽中，然后所述主控單元控制所述中軸套筒帶動(dòng)所述中軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，實(shí)現(xiàn)第二攪拌單元和所述第一攪拌單元互換位置；C :所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向下運(yùn)動(dòng)到最下端位置，此時(shí)所述第一攪拌葉進(jìn)入土樣杯，所述第二攪拌單元的第二攪拌葉進(jìn)入所述清洗池，所述主控單元控制所述第一攪拌葉浸提，同時(shí)控制清洗所述第二攪拌葉，然后所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向上運(yùn)動(dòng)到最上端位置，所述中軸轉(zhuǎn)軸的平鍵進(jìn)入所述中軸套筒的鍵槽中，然后所述主控單元控制所述中軸套筒帶動(dòng)所述中軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，進(jìn)而帶動(dòng)所述第一攪拌單元和第二攪拌單元再次互換位置。(三)有益效果本發(fā)明的土壤養(yǎng)分浸提裝置及其工作方法，具有以下優(yōu)勢(shì)(I)中軸單元采用套筒式結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行豎直運(yùn)動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)兩自由度操作，以實(shí)現(xiàn)兩組攪拌葉位置的提升(從溶液中提出)和下降(伸入溶液中)及替換。該設(shè)計(jì)可較大程度上精簡設(shè)備占地面積，為系統(tǒng)集成及裝置的自動(dòng)化改造提供更大可能，有利于實(shí)現(xiàn)車載作業(yè)，解決了常規(guī)裝置占地面積大，不易移動(dòng)，不便于集成的問題。(2) 土壤養(yǎng)分浸提環(huán)節(jié)采用攪拌方式進(jìn)行，雙攪拌葉設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)清洗與土壤養(yǎng)分浸提的同時(shí)處理，土樣容器使用聚乙烯塑料容器或一次性紙杯。該設(shè)計(jì)具有浸提效率高，可較好避免因攪拌葉清洗不當(dāng)引起的交叉污染，且具有浸提液不易溢出、容器不易破碎的特點(diǎn)。(3)系統(tǒng)采用MSP430系列微處理器編程控制小功率的兩個(gè)直流攪拌電機(jī)、微型注液泵和微型排液泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本養(yǎng)分浸提和攪拌葉清洗環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制，具有功耗較小、成本較低、只需人工遞樣操作的特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的土壤養(yǎng)分浸提裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的兩向視圖；圖4是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的剖視圖；圖5是所述凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是所述微處理器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是所述第一攪拌葉的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I是本發(fā)明實(shí)施例的土壤養(yǎng)分浸提裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，所述裝置包括主箱體100、中軸單元、主控單元、攪拌單元、土樣容器500和清洗單元。其中，所述主箱體100主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述裝置的支撐和保護(hù)作用。在所述主箱體100的上部設(shè)置有隔位支撐板101，在所述主箱體100的左側(cè)下部位置設(shè)置有土樣杯支架 102。
所述中軸單元包括中軸轉(zhuǎn)軸200、上擋板201、中軸支撐板203、彈性件210、下?lián)醢?20、軸承230、主圓柱齒輪241、副圓柱齒輪242、中軸套筒250、主錐形齒輪261、副錐形齒輪262、傳動(dòng)軸270、傳動(dòng)軸支架271和凸輪280。圖2是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的兩向視圖；圖4是所述中軸單元中中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的剖視圖。參見圖2、圖3和圖4，所述中軸轉(zhuǎn)軸相關(guān)部件的具體連接關(guān)系如下所述下?lián)醢?20焊接在所述隔位支撐板101的上表面；所述軸承230的外圈通過螺釘固定連接所述隔位支撐板101的下表面，內(nèi)圈固定連接所述中軸套筒250的外壁，所述軸承230優(yōu)選采用防銹鋼質(zhì)材料；所述中軸轉(zhuǎn)軸200的上端與所述上擋板201焊接；所述中軸套筒250的下端對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)鍵槽251，所述中軸轉(zhuǎn)軸200上對(duì)稱設(shè)置有與所述兩個(gè)鍵槽251匹配的兩個(gè)平鍵202，所述鍵槽251的大小優(yōu)選為2. 5cmX0. 6cm，所述平鍵202的大小優(yōu)選為3. 5cmX0. 5cm ;所述彈性件210采用彈簧，套設(shè)在所述上擋板201和所述下?lián)醢?20之間的中軸轉(zhuǎn)軸200的外側(cè)。參見圖1，所述中軸轉(zhuǎn)軸200的下端依次穿過所述下?lián)醢?20、所述隔位支撐板101 和所述中軸套筒250后與所述中軸支撐板203固定連接；所述主圓柱齒輪241套設(shè)在所述中軸套筒250上，并且與所述副圓柱齒輪242平行咬合；所述副圓柱齒輪242連接所述主控單元。所述凸輪280的下部邊緣接觸所述中軸支撐板203的上表面；所述凸輪280通過所述傳動(dòng)軸270連接所述主錐形齒輪261 ;所述主錐形齒輪261垂直咬合所述副錐形齒輪 262 ;所述副錐形齒輪262連接所述主控單元；所述傳動(dòng)軸270的中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述傳動(dòng)軸支架271，所述傳動(dòng)軸支架271與所述主箱體100固定連接。圖5是所述凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示,所述凸輪280包括一個(gè)近軸點(diǎn)281和一個(gè)遠(yuǎn)軸點(diǎn)282，所述近軸點(diǎn)281和所述遠(yuǎn)軸點(diǎn)282的連線為所述凸輪280的最大直徑，所述最大直徑兩側(cè)的形狀相對(duì)稱，所述傳動(dòng)軸270與所述凸輪280的連接點(diǎn)在所述最大直徑上，并且靠近所述近軸點(diǎn)281。參見圖I，所述主控單元設(shè)置在所述主箱體100的右上側(cè)，與所述主箱體100固定連接。所述主控單元進(jìn)一步包括互相連接的齒輪電機(jī)組300和微處理器310。所述齒輪電機(jī)組300包括第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)；所述第一伺服電機(jī)連接所述副圓柱齒輪242，用于驅(qū)動(dòng)所述副圓柱齒輪242轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二伺服電機(jī)連接所述副錐形齒輪262，用于驅(qū)動(dòng)所述副錐形齒輪262轉(zhuǎn)動(dòng)。圖6是所述微處理器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，所述微處理器310進(jìn)一步包括電源模塊311、主處理器模塊312，以及與所述主處理器模塊312連接的驅(qū)動(dòng)模塊313、 鍵盤及指示燈模塊314、顯示模塊315和JTAG(Joint Test Action Group,聯(lián)合測(cè)試行為組織)仿真模塊316。所述主處理器模塊312，用于向所述驅(qū)動(dòng)模塊313發(fā)送使能信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)模塊313使能所述齒輪電機(jī)組300中的第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)，以及所述攪拌單元中的第一攪拌電機(jī)401和第二攪拌電機(jī)411 ;所述主處理器模塊312還用于通過所述鍵盤及指示燈模塊314中的鍵盤接收錄入的土壤浸提指令，通過所述鍵盤及指示燈模塊314中的指示燈指示所述裝置的當(dāng)前工作狀態(tài)；所述主處理器模塊312還用于通過所述顯示模塊 315顯示所述裝置所處當(dāng)前工作狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)；所述主處理器模塊312還用于通過所述JTAG仿真模塊316連接PC機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī))后對(duì)所述主處理器模塊312的內(nèi)部程序進(jìn)行更新。所述電源模塊311用于為所述主處理器模塊312、所述驅(qū)動(dòng)模塊313、所述鍵盤及指示燈模塊314、所述顯示模塊315、所述JTAG仿真模塊316，以及所述第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)、第一攪拌電機(jī)401和第二攪拌電機(jī)411供電。所述主處理器模塊312采用MSP430F149單片機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)模塊313采用大電流驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓晶體管陣列芯片ULN2003 ;所述電源模塊311包括12V電源(輸出電流最大為 10A，可保證同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述裝置中的6個(gè)電機(jī)工作)和基于轉(zhuǎn)換芯片LM2576-3. 3的3. 3V電源模塊(為所述主處理器模塊312、所述鍵盤及指示燈模塊314、所述顯示模塊315和所述 JTAG仿真模塊316供電)；所述鍵盤及指示燈模塊314包括3個(gè)鍵盤(復(fù)位鍵、清洗鍵和浸提鍵)和6個(gè)指示燈(電源指示燈、清洗指示燈、浸提指示燈、中軸提升指示燈、中軸下降指示燈和中軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈)；所述顯示模塊采用1602液晶屏(兩行顯示)。參見圖1，本實(shí)施例所述裝置還包括對(duì)稱設(shè)置在所述中軸支撐板203下方的第一攪拌單元和第二攪拌單元。所述第一攪拌單元包括第一攪拌電機(jī)401、第一攪拌軸402和第一攪拌葉403。所述第一攪拌電機(jī)401的上端固定連接所述中軸支撐板203的下表面，下端連接所述第一攪拌軸402的上端；所述第一攪拌軸402的下端連接所述第一攪拌葉403 ； 所述第一攪拌葉403位于所述土樣容器500內(nèi)部。圖7是所述第一攪拌葉的結(jié)構(gòu)示意圖。 所述第二攪拌單元包括第二攪拌電機(jī)411、第二攪拌軸412和第二攪拌葉413。所述第二攪拌單元的結(jié)構(gòu)與所述第一攪拌單元的結(jié)構(gòu)完全相同，在此不再贅述。需要注意的是，當(dāng)所述第一攪拌葉403位于所述土樣容器500內(nèi)部時(shí)，所述第二攪拌葉413位于所述清洗單元的清洗池600內(nèi)部。所述第一攪拌電機(jī)401和第二攪拌電機(jī)411均電連接所述主控單元的驅(qū)動(dòng)模塊 313，用于在所述主控單元控制下驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過設(shè)置兩個(gè)所述攪拌單元，可以實(shí)現(xiàn)土壤浸提與攪拌葉清洗的并行作業(yè)，提高了作業(yè)效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，如果僅設(shè)置一個(gè)攪拌單元，并相應(yīng)地修改作業(yè)程序，雖然作業(yè)效率降低，但仍舊能夠完成土壤養(yǎng)分浸提作業(yè)；如果設(shè)置更多個(gè)攪拌單元(比如4個(gè))，并相應(yīng)的修改作業(yè)程序，則可以進(jìn)一步提高作業(yè)效率。所述土樣容器500設(shè)置在所述土樣杯支架102的上部，并且所述土樣容器500的上端開口位置的高度與所述清洗池600的上端開口位置的高度相同。所述清洗單元除了所述清洗池600外，還包括清洗池固定架601、注液泵610、內(nèi)注液管611、外注液管612、排液泵620、內(nèi)排液管621、外排液管622和內(nèi)排液管固定架623。所述清洗池600通過所述清洗池固定架601與所述主箱體100固定連接。所述內(nèi)注液管611的內(nèi)端連通所述清洗池600的上部，外端連通所述注液泵610的出口端；所述外注液管612的內(nèi)端連通所述注液泵610的入口端，外端連通清洗液容器。所述內(nèi)排液管621的內(nèi)端連通所述清洗池600的下部，外端連通所述排液泵620 的入口端；所述外排液管622的內(nèi)端連通所述排液泵620的出口端，外端連通廢液池。所述內(nèi)排液管621還通過所述內(nèi)排液管固定架623與所述主箱體100連接。所述注液泵610和所述排液泵620均電連接所述微處理器310中的電源模塊311 和驅(qū)動(dòng)模塊312，可以在所述微處理器310的控制下實(shí)現(xiàn)注液和排液。
在說明本實(shí)施例所述裝置的工作方法之前，首先從所述中軸單元的豎直運(yùn)動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)方面對(duì)所述裝置的工作原理進(jìn)行解釋。所述凸輪280是所述中軸單元實(shí)現(xiàn)豎直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件之一，具體地，可以從所述凸輪280的位置變化角度將所述中軸單元的豎直運(yùn)動(dòng)劃分為如下四個(gè)狀態(tài)(I)凸輪“回程停歇”狀態(tài)當(dāng)所述凸輪280的近軸點(diǎn)281與所述中軸支撐板203 接觸時(shí)，此時(shí)所述彈性件210處于最小壓縮形變狀態(tài)，所述中軸轉(zhuǎn)軸200上的兩個(gè)平鍵202 分別完全滑入所述鍵槽251中，所述第一攪拌葉403和所述第二攪拌葉413提升出所述土樣容器500和所述清洗池600，此時(shí)所述中軸單元可在所述主控單元的控制下進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)或保持此狀態(tài)；(2)凸輪“停歇-推程”狀態(tài)所述主控單元控制所述副錐形齒輪262轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述凸輪280將進(jìn)入“停歇-推程”的運(yùn)動(dòng)過程，所述彈性件210形變進(jìn)一步拉大，所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282逐漸靠近所述中軸支撐板203的上表面，此時(shí)兩個(gè)所述攪拌單元同步向下運(yùn)動(dòng)；(3)凸輪“推程停歇”狀態(tài)當(dāng)所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282與所述中軸支撐板203 的上表面接觸時(shí),所述彈性件210的壓縮程度最強(qiáng)，由此產(chǎn)生的向上形變恢復(fù)力最大,此時(shí)所述凸輪280由推程進(jìn)入停歇狀態(tài)，此時(shí)所述主控單元可以控制攪拌葉轉(zhuǎn)動(dòng)，以進(jìn)行土樣浸提或清洗操作；(4)凸輪“停歇-回程”狀態(tài)當(dāng)土樣浸提或清洗操作完成后，所述主控單元控制所述副錐形齒輪262帶動(dòng)所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述凸輪280將完成“停歇-回程”的運(yùn)動(dòng)過程，所述彈性件210形變產(chǎn)生的向上拉力使所述中軸轉(zhuǎn)軸200不斷向上提升， 此過程中所述彈性件210始終處于壓縮狀態(tài)，直至根據(jù)程序控制判斷出所述凸輪280的近軸點(diǎn)281與所述中軸支撐板203的上表面接觸，此時(shí)所述彈性件210處于最小壓縮形變狀態(tài)，進(jìn)而保持靜止?fàn)顟B(tài)，等待所述主控單元的操作指令。依據(jù)(I)到(4)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，所述中軸單元完成豎直運(yùn)動(dòng)的全過程。所述中軸單元的水平轉(zhuǎn)動(dòng)過程相對(duì)簡單，具體過程如下當(dāng)所述中軸單元處于上述凸輪“回程停歇”狀態(tài)時(shí)，所述主控單元控制所述副圓柱齒輪242帶動(dòng)所述主圓柱齒輪241轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述中軸支撐板203順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180° ； 完成一次土壤浸提和攪拌葉清洗操作后，當(dāng)所述中軸單元再次處于上述凸輪“回程停歇”狀態(tài)時(shí)，再次帶動(dòng)所述中軸支撐板203順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，如此重復(fù)完成多樣品浸提操作。接下來對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所述裝置的工作方法進(jìn)行說明，所述方法包括步驟A :裝置初始化，具體步驟如下Al :所述裝置水平放置后，所述外注液管612接入去離子水源(本實(shí)施例采用的清洗液)，所述外排液管622接入廢液池。A2 :打開所述裝置的電源，輕按所述鍵盤上的復(fù)位鍵，所述微處理器310的顯示模塊315顯示“Initializing”,電源指示燈常亮,其余指示燈全部熄滅；所述顯示模塊315采
用液晶屏。A3 :所述微處理器310控制所述第二伺服電機(jī)工作，微調(diào)所述第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，保證所述凸輪280的近軸點(diǎn)281與所述中軸支撐板203接觸，所述中軸轉(zhuǎn)軸200上的平鍵202滑入所述中軸套筒250的鍵槽251，中軸提升指示燈在運(yùn)動(dòng)過程中閃爍，達(dá)到設(shè)定位置后常亮。A4:所述微處理器310控制所述第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述主圓柱齒輪241和所述副圓柱齒輪242處于零扭轉(zhuǎn)位置。初始化完成后，所述液晶屏顯示“0K”，電源指示燈及中軸提升指示燈常亮，其余指示燈熄滅。B :進(jìn)行清洗操作，具體步驟如下BI :輕按所述鍵盤上的清洗鍵，所述液晶屏首行顯示“Rinsing”，電源指示燈常亮，清洗指示燈閃爍，其余指示燈熄滅；B2 :所述微處理器310控制所述第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述副錐形齒輪262和所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸下降指示燈閃爍，所述液晶屏第2行顯示“Rinsing-D”，此時(shí)所述中軸轉(zhuǎn)軸200等單元進(jìn)入“縱向下降”的運(yùn)動(dòng)過程隨所述第二伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述彈性件210形變不斷拉大，所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282逐漸靠近所述中軸支撐板203，所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和所述兩個(gè)攪拌單元同步下降。根據(jù)預(yù)設(shè)下降時(shí)間，當(dāng)所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282與所述中軸支撐板203接觸時(shí)，所述第二攪拌子413進(jìn)入所述清洗池600，制動(dòng)所述第一伺服電機(jī)，使所述凸輪280處于停歇狀態(tài)，中軸下降指示燈常亮。B3:所述微處理器310控制控制所述注液泵610工作，所述液晶屏顯示 “Rinsing-I”，所述清洗池600內(nèi)開始注入去離子水，達(dá)到設(shè)定注水時(shí)間后，所述注液泵610 關(guān)閉。B4 :所述微處理310控制所述第二攪拌電機(jī)411，使所述第二攪拌葉413轉(zhuǎn)動(dòng)，所述液晶屏顯示“Rinsing-R”，程序設(shè)定攪拌時(shí)間結(jié)束后，所述攪拌電機(jī)411停止工作。B5 :所述微處理器310控制所述排液泵620工作，所述液晶屏顯示“Rinsing-0”， 所述清洗池600內(nèi)廢液逐漸排空，達(dá)到程序設(shè)定排液時(shí)間后，關(guān)閉所述排液泵620。B6 :重復(fù)所述步驟B3 B5，進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的清洗。B7 :所述微處理器310使能所述第二伺服電機(jī)工作，帶動(dòng)所述副錐形齒輪262和所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸下降指示燈熄滅，中軸上升指示燈閃爍，所述液晶屏顯示 “Rinsing-U”，此時(shí)所述中軸轉(zhuǎn)軸200等單元進(jìn)入“縱向提升”的運(yùn)動(dòng)過程在所述錐形齒輪 261和所述主錐形齒輪261的帶動(dòng)下，所述凸輪280將完成“停歇-回程”的運(yùn)動(dòng)過程，由所述彈性件210形變產(chǎn)生的向上拉力使所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和所述兩個(gè)攪拌單元同步提升，直至達(dá)到程序設(shè)定的提升時(shí)間，此時(shí)所述凸輪280的近軸點(diǎn)281與所述中軸支撐板203接觸，所述平鍵202完全滑入所述鍵槽251中，所述第二攪拌葉412完全提升出所述清洗池600，中軸上升指示燈常亮，所述液晶屏顯示“Rinsing-F”。B8 :所述微處理310控制所述第一伺服電機(jī)工作，帶動(dòng)所述主圓柱齒輪241和副圓柱齒輪242轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸上升指示燈熄滅，中軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈閃爍,所述液晶屏顯示“Turn”,此時(shí)所述中軸套筒250、所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和所述兩個(gè)攪拌單元同步轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到程序設(shè)定時(shí)間后，即可完成180°順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)操作，保持電源指示燈常亮，關(guān)閉其余指示燈，所述液晶屏僅首行顯示“Ready”，完成清洗操作。C :進(jìn)行浸提清洗操作，具體步驟如下Cl :將所述土樣容器500放置于所述土樣杯支架102上，按所述鍵盤的組合鍵(清洗鍵和浸提鍵)，所述液晶屏首行顯示“Extract”，第2行顯示“Rinsing”電源指示燈常亮，浸提指示燈和清洗指示燈閃爍，其余指示燈熄滅。C2 :所述微處理器310控制使能所述第二伺服電機(jī)工作，帶動(dòng)所述副錐形齒輪 262和所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸下降指示燈閃爍，所述液晶屏顯示“Extract-D”和 “Rinsing-D”，此時(shí)所述中軸轉(zhuǎn)軸200等單元進(jìn)入“縱向下降”的運(yùn)動(dòng)過程隨所述第二伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述彈性件210形變不斷拉大，所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282逐漸靠近所述中軸支撐板203，所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和兩個(gè)所述攪拌單元同步下降。根據(jù)預(yù)設(shè)下降時(shí)間，當(dāng)所述凸輪280的遠(yuǎn)軸點(diǎn)282與所述中軸支撐板203接觸時(shí)，所述第二攪拌子 413進(jìn)入所述土樣容器500，所述第一攪拌子403進(jìn)入所述清洗池600，制動(dòng)所述第二伺服電機(jī)，使所述凸輪280處于停歇狀態(tài)，中軸下降指示燈常亮。C3 :所述微處理器310控制所述第二攪拌電機(jī)411和所述注液泵610工作，所述液晶屏第一行和第二行分別顯示“Extract-U”和“Rinsing-I”，使所述第二攪拌電機(jī)411轉(zhuǎn)動(dòng)，土樣溶液處于浸提狀態(tài)；所述清洗池600內(nèi)開始注入去離子水，達(dá)到設(shè)定注水時(shí)間后， 所述注液泵610關(guān)閉。C4 :所述微處理310控制所述第一攪拌電機(jī)401，使所述第一攪拌葉403轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一攪拌葉403此時(shí)處于清洗狀態(tài)，液晶屏顯示“Extract-R”，程序設(shè)定攪拌時(shí)間結(jié)束后，所述第一攪拌電機(jī)401停止工作。C5 :所述微處理器310控制所述排液泵620工作，所述液晶屏顯示“Extract-0”， 所述清洗池600內(nèi)廢液逐漸排空，達(dá)到程序設(shè)定排液時(shí)間后，關(guān)閉所述排液泵620。C6 :所述微處理器310再次啟動(dòng)所述注液泵610工作，對(duì)所述第一攪拌子403進(jìn)行新一輪清洗，液晶屏顯示“Rinsing-I ”，所述清洗池600內(nèi)重新開始注入去離子水，達(dá)到設(shè)定注水時(shí)間后，所述注液泵610關(guān)閉。C7 :重復(fù)所述步驟C5至C6，對(duì)所述第一攪拌子403進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的清洗后，所述第一攪拌電機(jī)401停止工作。CS :達(dá)到設(shè)定浸提時(shí)間后，所述微處理310控制所述第二攪拌電機(jī)411停止工作， 然后使能所述第二伺服電機(jī)工作，帶動(dòng)所述副錐形齒輪262和所述主錐形齒輪261轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸下降指示燈熄滅，中軸上升指示燈閃爍，所述液晶屏顯示“Extract-U”，此時(shí)所述中軸轉(zhuǎn)軸200等單元進(jìn)入“縱向提升”的運(yùn)動(dòng)過程在所述副錐形齒輪262和所述主錐形齒輪261 的帶動(dòng)下，所述凸輪280將完成“停歇-回程”的運(yùn)動(dòng)過程，由所述彈性件210形變產(chǎn)生的向上拉力使所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和所述兩個(gè)攪拌單元同步提升，直至達(dá)到程序設(shè)定的提升時(shí)間，此時(shí)所述凸輪280的近軸點(diǎn)281與所述中軸支撐板203接觸，所述平鍵202完全滑入所述鍵槽251中，兩片攪拌葉完全提升出所述清洗池600和土樣容器500， 中軸上升指示燈常亮，所述液晶屏顯示“Extract-F”。C9 :取下所述土樣容器500，輕按中軸轉(zhuǎn)動(dòng)鍵，所述微處理310控制所述第一伺服電機(jī)，帶動(dòng)所述主圓柱齒輪241和副圓柱齒輪242轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸上升指示燈熄滅，中軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈閃爍，所述液晶屏顯示“Turn”，此時(shí)所述中軸套筒250、所述中軸轉(zhuǎn)軸200、所述中軸支撐板203和兩個(gè)所述攪拌等單元同步轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到程序設(shè)定時(shí)間后，即可完成180°順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)操作，保持電源指示燈常亮，關(guān)閉其余指示燈，所述液晶屏僅首行顯示“Ready”，完成浸提操作。本發(fā)明實(shí)施例所述土壤養(yǎng)分浸提裝置及其工作方法，具有以下優(yōu)勢(shì)
(I)中軸單元采用套筒式結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行豎直運(yùn)動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)兩自由度操作，以實(shí)現(xiàn)兩組攪拌葉位置的提升(從溶液中提出)和下降(伸入溶液中)及替換。該設(shè)計(jì)可較大程度上精簡設(shè)備占地面積，為系統(tǒng)集成及裝置的自動(dòng)化改造提供更大可能，有利于實(shí)現(xiàn)車載作業(yè)，解決了常規(guī)裝置占地面積大，不易移動(dòng)，不便于集成的問題。(2) 土壤養(yǎng)分浸提環(huán)節(jié)采用攪拌方式進(jìn)行，雙攪拌葉設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)清洗與土壤養(yǎng)分浸提的同時(shí)處理，土樣容器使用聚乙烯塑料容器或一次性紙杯。該設(shè)計(jì)具有浸提效率高，可較好避免因攪拌葉清洗不當(dāng)引起的交叉污染，且具有浸提液不易溢出、容器不易破碎的特(3)系統(tǒng)采用MSP430系列微處理器編程控制小功率的兩個(gè)直流攪拌電機(jī)、微型注液泵和微型排液泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本養(yǎng)分浸提和攪拌葉清洗環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制，具有功耗較小、成本較低、只需人工遞樣操作的特點(diǎn)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種土壤養(yǎng)分浸提裝置，其特征在于，包括主箱體、中軸單元、主控單元、攪拌單元、土樣容器和清洗單元；所述主箱體的上部設(shè)置有隔位支撐板；所述中軸單元包括上擋板、下?lián)醢?、彈性件、中軸轉(zhuǎn)軸、中軸套筒、軸承、主圓柱齒輪、 副圓柱齒輪、中軸支撐板、凸輪、主錐形齒輪和副錐形齒輪；其中，所述下?lián)醢骞潭ㄟB接所述隔位支撐板的上表面；所述軸承的外圈固定連接所述隔位支撐板的下表面，內(nèi)圈固定連接所述中軸套筒的外壁；所述中軸轉(zhuǎn)軸的上端與所述上擋板固定連接，下端依次穿過所述下?lián)醢濉⑺龈粑恢伟搴退鲋休S套筒后與所述中軸支撐板固定連接；所述中軸套筒的下端設(shè)置有鍵槽，所述中軸轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與所述鍵槽匹配的平鍵；所述彈性件設(shè)置在所述上擋板和所述下?lián)醢逯g；所述主圓柱齒輪套設(shè)在所述中軸套筒上，并且與所述副圓柱齒輪咬合；所述副圓柱齒輪連接所述主控單元；所述凸輪的邊緣接觸所述中軸支撐板的上表面；所述凸輪通過傳動(dòng)軸連接所述主錐形齒輪；所述主錐形齒輪垂直咬合所述副錐形齒輪；所述副錐形齒輪連接所述主控單元；所述主控單元與所述主箱體固定連接，用于控制所述中軸單元豎直運(yùn)動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)， 以及控制所述攪拌單元作業(yè)；所述攪拌單元的上端連接所述中軸支撐板，下端伸入所述土樣容器或者所述清洗單元的清洗池中。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括兩個(gè)所述攪拌單元，兩個(gè)所述攪拌單元對(duì)稱設(shè)置在所述中軸支撐板的下部，其中一個(gè)所述攪拌單元的下端伸入所述土樣容器，另一個(gè)所述攪拌單元的下端伸入所述清洗池中。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述攪拌單元包括攪拌電機(jī)、攪拌軸和攪拌葉；所述攪拌電機(jī)上端固定連接所述中軸支撐板的下表面，下端連接所述攪拌軸的上端； 所述攪拌軸的下端連接所述攪拌葉；所述攪拌葉位于所述土樣容器或者清洗池內(nèi)部；所述攪拌電機(jī)還電連接所述主控單元，用于在所述主控單元控制下驅(qū)動(dòng)所述攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述主控單元包括互相連接的齒輪電機(jī)組和微處理器；所述齒輪電機(jī)組用于驅(qū)動(dòng)所述副圓柱齒輪和所述副錐形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述微處理器用于控制所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌單元中的攪拌電機(jī)按照作業(yè)流程轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述齒輪電機(jī)組包括第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)；所述第一伺服電機(jī)連接所述副圓柱齒輪，用于驅(qū)動(dòng)所述副圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二伺服電機(jī)連接所述副錐形齒輪，用于驅(qū)動(dòng)所述副錐形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述微處理器包括主處理器模塊，以及與所述主處理器模塊連接的驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤及指示燈模塊、顯示模塊、JTAG仿真模塊和電源模塊；所述主處理器模塊，用于向所述驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送使能信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)模塊使能所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌電機(jī)；用于通過所述鍵盤及指示燈模塊中的鍵盤接收錄入的土壤浸提信息，通過所述鍵盤及指示燈模塊中的指示燈指示所述裝置的當(dāng)前工作狀態(tài)；用于通過所述顯示模塊顯示所述裝置所處當(dāng)前工作狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)；用于通過所述JTAG仿真模塊對(duì)所述主處理器模塊的內(nèi)部程序進(jìn)行更新；所述電源模塊用于為所述主處理器模塊、所述驅(qū)動(dòng)模塊、所述鍵盤及指示燈模塊、所述顯示模塊、所述JTAG仿真模塊，以及所述齒輪電機(jī)組和所述攪拌電機(jī)供電。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述清洗單元除所述清洗池外還包括注液泵和排液泵；并且，所述清洗池與所述主箱體固定連接，所述注液泵與所述清洗池的上部連通，所述排液泵與所述清洗池的下部連通。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述清洗單元還包括內(nèi)注液管、外注液管、 內(nèi)排液管和外排液管；所述內(nèi)注液管的內(nèi)端連通所述清洗池的上部，外端連通所述注液泵的出口端；所述外注液管的內(nèi)端連通所述注液泵的入口端，外端連通清洗液容器；所述內(nèi)排液管的內(nèi)端連通所述清洗池的下部，外端連通所述排液泵的入口端；所述外排液管的內(nèi)端連通所述排液泵的出口端，外端連通廢液池。
9.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述主箱體的下部設(shè)置有土樣杯支架；所述土樣杯放置在所述土樣杯支架上，并且所述土樣杯上端開口位置的高度與所述清洗池上端開口位置的高度相同。
10.一種權(quán)利要求I至9之一所述土壤養(yǎng)分浸提裝置的工作方法，其特征在于，包括步驟A :主控單元控制微調(diào)所述中軸轉(zhuǎn)軸的位置，保證中軸轉(zhuǎn)軸處于最上端位置；B:所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向下運(yùn)動(dòng)到最下端位置，此時(shí)第一攪拌單元下端的第一攪拌葉進(jìn)入清洗池，所述主控單元控制清洗所述第一攪拌葉，然后所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向上運(yùn)動(dòng)回到所述最上端位置，所述中軸轉(zhuǎn)軸的平鍵進(jìn)入所述中軸套筒的鍵槽中，然后所述主控單元控制所述中軸套筒帶動(dòng)所述中軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，實(shí)現(xiàn)第二攪拌單元和所述第一攪拌單元互換位置；C :所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向下運(yùn)動(dòng)到最下端位置，此時(shí)所述第一攪拌葉進(jìn)入土樣杯，所述第二攪拌單元的第二攪拌葉進(jìn)入所述清洗池，所述主控單元控制所述第一攪拌葉浸提，同時(shí)控制清洗所述第二攪拌葉，然后所述主控單元控制所述中軸轉(zhuǎn)軸向上運(yùn)動(dòng)到最上端位置，所述中軸轉(zhuǎn)軸的平鍵進(jìn)入所述中軸套筒的鍵槽中，然后所述主控單元控制所述中軸套筒帶動(dòng)所述中軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，進(jìn)而帶動(dòng)所述第一攪拌單元和第二攪拌單元再次互換位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土壤養(yǎng)分浸提裝置，涉及土壤樣品前處理領(lǐng)域。在所述裝置的中軸單元中，下?lián)醢骞潭ㄟB接隔位支撐板的上表面；軸承的外圈固定連接隔位支撐板的下表面，內(nèi)圈固定連接中軸套筒的外壁；中軸轉(zhuǎn)軸的上端與上擋板固定連接，下端依次穿過下?lián)醢濉⒏粑恢伟搴椭休S套筒后與中軸支撐板固定連接；中軸套筒的下端設(shè)置有鍵槽，中軸轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有平鍵；彈性件設(shè)置在上擋板和下?lián)醢逯g；主圓柱齒輪套設(shè)在中軸套筒上，并且與副圓柱齒輪咬合；凸輪的邊緣接觸中軸支撐板的上表面；凸輪通過傳動(dòng)軸連接主錐形齒輪；主錐形齒輪垂直咬合副錐形齒輪。所述裝置占地面積小，有利于實(shí)現(xiàn)車載作業(yè)。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102589952SQ20121006593
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者張麗楠, 張淼, 汪懋華, 盛明婭 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)