微电脑液体真空灌注机及控制系统 【技术领域】
本发明属于喷墨打印领域，是主要应用于喷墨打印机墨盒的定时定量智能灌墨控制系统，特别涉及一种微电脑液体真空灌注机及控制系统，也可以用于需要真空灌液的场合。
背景技术
喷墨打印机的墨盒再利用问题一直是困扰喷墨打印机用户的一大难题。尽快喷墨打印机价格便宜，但墨盒耗材贵，一个墨盒使用不了多久，而且不使用时墨盒容易干，打印断墨，造成很大浪费。虽然现有墨盒再利用技术中以真空填充、灌墨方法为主，但各自的实现方式多种多样，如申请号：03105251.7，名称为《喷墨打印机墨盒再生自动墨水填充装置及其方法》，公开了一种多个结构相同的连动机构及两种充墨方法，其中也涉及了真空填充灌墨；又如：申请号：02285313.8，名称《一种喷墨打印机墨盒重复灌墨的真空灌墨机》，公开了一种由真空罐、缓冲罐、储墨瓶、电磁阀和与电磁阀连接的控制电路构成，也是采用真空灌墨。由于它们在灌墨装置结构和控制系统中还存在一定的不足，因此，实施效果并不理想。为更好地实现真空填充灌墨方法，设计出一种填充灌墨结构更加合理、并基于微电脑控制的智能液体真空灌注机就显得尤为必要。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种采用了计算机技术、自动控制技术和信息处理技术，设有同时管道清洗装置、触摸显示终端和灌墨信息保存与查询装置的微电脑液体真空灌注机。
本发明的目的之二在于提供上述微电脑液体真空灌注机的控制系统。
本发明的目的之一是这样实现的：它包括灌墨装置，灌墨前的余墨清理装置，真空泵，和自动控制装置，自动控制装置为单片机控制器、各控制阀及开关，由单片机控制器控制各控制阀及开关，它还设有对灌墨装置中的控制阀和灌墨管道清洗的灌墨管道清洗装置，灌墨管道清洗装置包括净水瓶、控制阀、管道、废液缸和真空泵，净水瓶通过控制阀和管道与各三通控制阀和灌墨管道连接，灌墨管道与废液缸连接，废液缸的一侧通过控制阀、管道与真空进气口连接，废液缸的另一侧通过控制阀、管道与真空泵连接，自动控制装置通过电源控制接触开关控制真空泵，净水瓶装有清洗液。
灌墨装置包括液体瓶、三通控制阀、管道、灌注缸和真空泵，液体瓶中装有灌墨墨水，各液体瓶通过三通控制阀、灌墨管道分别与灌注缸内的待灌墨盒中的灌墨孔连接，灌注缸的一侧通过控制阀、管道与真空进气口连接，另一侧通过控制阀、管道与真空泵连接；灌墨前的余墨清理装置包括抽液缸、控制阀、管道、废液缸和真空泵，抽液缸的一侧通过控制阀、管道与真空进气口连接，另一侧通过管道与废液缸的一侧连接，废液缸的另一侧通过控制阀、管道与真空泵连接。
进一步优化：它还设有灌墨后的墨盒清理装置，该灌墨后的墨盒清理装置为超声清洗器，自动控制装置通过电源控制接触开关控制超声清洗器。
再进一步优化：它还设有服务管理装置，该服务管理装置为收银柜，自动控制装置通过电源控制接触开关控制收银柜。
其中，灌墨管道清洗装置、灌墨后的墨盒清理装置、服务管理装置还可以用在其它形式的真空灌墨机上。
本发明的目的之二是这样实现的：它的控制系统由单片机控制器控制各控制阀及开关，控制系统内部包含单片机、声光报警电路、触摸式液晶显示屏、光电隔离电路、功率驱动电路、继电器、十个控制阀、E2PROM存储器、固体继电器、真空泵、时钟电路和供电电源；单片机通过P0.0与声光报警电路的三极管基极连接；单片机通过P0.2、P0.3与E2PROM存储器的I2C总线连接；单片机通过P0.2、P0.3与时钟电路的I2C总线连接；单片机通过P0.4～5、P1.0～P1.7口和P3.0～2、P3.4～7口与触摸式液晶显示屏的8个数据线、9个控制线连接；单片机通过P0.1与光电隔离电路连接，再通过功率驱动电路驱动固体继电器作开关，控制真空泵的通断；单片机通过P0.5-6、P2口分别与10个光电隔离电路，再分别通过功率驱动电路驱动10个继电器作开关，控制十个控制阀的通断。
本发明灌墨结构中增加了管道清洗装置、触摸显示终端，具有灌墨信息保存与查询功能，具有操作简单方便，灌墨质量高的特点，很好地解决了原装墨盒贵、新灌墨的墨水易含气泡、断线、漏墨、不同牌子的墨水相混、易堵，打印效果不佳，使用寿命短等问题，在电路设计与编程技术上实现了模块化设计与菜单式操作，使得控制系统在灌墨过程中发挥着重要作用，给用户和工作者带来很多方便。
1、本发明可以很好地完成对单色墨盒、彩色墨盒、照片墨盒的单一色和多种颜色组合的灌墨操作。灌墨机内含单片机控制器，操作采用触摸屏，显示用液晶显示屏，操作直观简单方便，可随意选择墨盒，能定量灌墨，具有灌墨记录保存和查询功能，灌墨工作在3～4分钟内可一气呵成，灌墨工作轻松自如，为喷墨打印机用户带来福音。
2、在实现方法上采用了计算机技术、自动控制技术和计算机科学技术。通过单片机控制整个系统的有序工作，控制11个电磁阀、真空电动机的稳定、可靠的工作。系统能够保存灌墨信息，保存的信息记录可多达1万条，并为管理者提供信息查询服务，便于绩效考核和财务管理，杜绝了灌墨资金的有意或无意的外流。
3、在电路设计与编程技术上进行了模块化设计与菜单式操作，操作简单方便，易学好用，可以对不同墨盒进行定时、定量灌墨设置，可以对不同墨盒选择不同颜色组合的灌墨配置方案，保证系统的有效性和高效性。
4、本发明加以外壳包装，形成微电脑液体真空灌注机的操作平台和执行机构。
【附图说明】
图1、本发明实施例1的整体结构示意图。
图2、本发明实施例1的灌墨前的余墨清理装置结构示意图。
图3、本发明实施例1的灌墨装置结构示意图。
图4、本发明实施例1的灌墨管道清洗结构示意图。
图5、本发明实施例1的自动控制部分电路连接示意图。
图中：净水瓶1，控制阀2-#7、2-#8、2-#9、2-#10，管道3，液体瓶4-(1#、2#、3#、4#、5#、6#)，单片机控制器5，抽液缸6，灌注缸7，真空泵8，开关9、13、14，废液缸10，超声清洗器11，收银柜12，三通控制阀15-(#1、#2、1#3、#4、#5、#6)，灌墨管道16，触摸式液晶显示屏17，电隔离器电路18，功率驱动电路19，继电器20，十个控制阀21，固体继电器22，真空泵23，时钟电路24，E2PROM存储器25，供电电源26，单片机27，声光报警电路28。
【具体实施方式】
实施例1：它包括灌墨装置，灌墨前的余墨清理装置，灌墨后地墨盒清理装置，灌墨管道清洗装置，自动控制装置及服务管理装置；
灌墨装置中，6个液体瓶4(4-1#、4-2#、4-3#、4-4#、4-5#、4-6#)，6个三通控制阀15(15-#1、15-#2、15-#3、15-#4、15-#5、15-#6)、6根灌墨管道16分别与灌注缸7内的待灌墨盒中的灌墨孔连接，灌注缸7的一侧通过控制阀2-#7、管道3与真空进气口连接，另一侧通过控制阀2-#8、管道3与真空泵8连接；灌墨前的余墨清理装置中，抽液缸6的一侧通过控制阀2-#7、管道3与真空进气口连接，另一侧通过管道3与废液缸10的一侧连接，废液缸10的另一侧通过控制阀2-#9、管道3与真空泵8连接；灌墨后的墨盒清理装置为超声清洗器11；灌墨管道清洗装置中，净水瓶1通过控制阀2-#10和管道3与6根6根三通控制阀15和灌墨管道16连接，灌墨管道16与废液缸10连接，废液缸10的一侧通过管道3与抽液缸6连接，废液缸10的另一侧通过控制阀2-#9、管道3与真空泵8连接；自动控制装置为单片机控制器5、各控制阀21(15-#1、15-#2、15-#3、15-#4、15-#5、15-#6、2-#7、2-#8、2-#9、2-#10)及开关9、13、14(JK1、JK2、JK3)，服务管理装置为收银柜12。管道3和灌墨管道16采用橡皮管道。
灌注缸7是执行墨盒灌墨的真空罐，灌注缸7应能耐一定的大气压，采用不锈钢制作而成，内胸体是长宽高都约28cm的正方体，待灌墨的旧墨盒用管道3连接好墨水瓶4后就放入灌注缸7中进行真空处理，通过真空抽气产生一定的大气压差吸引墨水压入墨盒内完成灌墨。管道采用内经为1mm的带针头的橡皮管，灌墨时，将针头插入墨盒内，启动操作灌注机即可灌墨。
抽液缸6是清理罐，该缸应能承受住一定的大气压力，采用不锈钢制作而成，内胸体是长宽高都约12cm的正方体，当一个使用过的旧墨盒在灌墨前必须经过真空方式抽取其中的废余墨，以提高灌墨的质量。清理墨盒余墨时，废墨顺着通气管道流入废液缸10中。
净水瓶1是灌墨机清洗灌墨管道16和三通控制阀15残余墨迹用的，是一个能装2升水的玻璃瓶，里面盛的一屏温水。在使用该系统装置灌墨后，会在灌墨管道16和三通控制阀15进出口留下残余墨水，特别在夏天时残余墨水容易烘烤干，堵住灌墨管道16和三通控制阀15的进出口通道，墨水不能流通，造成不能灌墨。采用这个装置，通过真空抽气的方式，在顶端接入净水瓶，通过真空泵抽气吸引净水瓶中的温水流入灌墨管道16，灌墨管道16内壁和三通控制阀15内通道口经过温水过滤后，很容易清洗掉残余的墨迹，废水顺着通气管道流入废液缸10中，达到清洗灌墨管道16和三通控制阀15进出口通道污垢的目的，使灌墨通道畅通，形成我们改造的灌墨机的一大亮点和特色。
液体瓶4是灌墨的墨水瓶，系统包含六种颜色的墨水(红色、兰色、黑色、浅红、浅兰、照片色)，分别用六个液体瓶4盛装，每个瓶下面用带针头的橡皮管引出。当需要进行灌墨时，先要检查墨盒的类型，看墨盒需要那些颜色的墨水，然后将相应的墨水瓶下的橡皮管上的针头插入墨盒，即可启动灌墨。
灌墨机使用了十个控制阀21(15-#1、15-#2、15-#3、15-#4、15-#5、15-#6、2-#7、2-#8、2-#9、2-#10)，使用了三个电源控制接触开关9、13、14(即JK1、JK2、JK3)，JK1接受单片机控制，单片机通过固体继电器控制JK1的关闭和开启电源，JK2、JK3采用手工控制电源开关。十个控制阀21接受单片机控制，单片机通过继电器控制JK1的关闭和开启电源。
超声清洗器11就是用超声波方法清洗墨盒灌墨后外溢在表面的墨水，通过超声清洗可以保证墨盒灌墨的质量，以免墨盒安装在打印机上打印文字时外溢墨水涂沫在打印纸上。
收银柜12是在一个墨盒灌墨操作结束后便于工作人员收银。超声清洗器11和收银柜12有专门的电源开关，直接由手工操作。
微电脑液体真空灌注机的自动控制和自动灌墨由单片机控制器5来实现，如图5所示：单片机控制器5是整个控制系统的核心，由单片机27(U1)作为微控制器，整个控制系统内部包含单片机27、声光报警电路28、触摸式液晶显示屏17、电隔离器电路18、功率驱动电路19、继电器20、十个控制阀21、E2PROM存储器25(U2)、固体继电器22、真空泵23、时钟电路24(U3)、供电电源26等部分构成。
本实施例中，单片机(U1)采用华邦公司生产的W78E054C芯片，该单片机芯片内部含16KB程序存储器、256字节数据RAM、四个8位I/O口共32个输入/输出控制脚、使用12MHz晶振。单片机通过四个8位I/O口管理控制周围所有的芯片和电路。其中单片机的P0口(P0.0～P0.7)共8位作I/O口用，P0.0与声光报警28电路连接，作为工作过程的状态提示，声光报警电路由LED发光二极管和蜂鸣器组成，用一个三极管来加以驱动LED发光和蜂鸣。P0.1与真空泵23的驱动电路连接，真空泵23的驱动电路包括光电隔离器18、三极管功率驱动19、固体继电器22组成，驱动交流220V/200W的真空泵接通电源工作。当P0.1输出为低电平时，启动真空泵工作，当P0.1输出为高电平时，关闭真空泵停止工作。P0.2、P0.3做模拟I2C总线用，同时与存储器25(U2)、时钟电路24(U3)的5脚、6脚相连接，通过这两个脚的连接，可以实现单片机27(U1)对存储器25(U2)、时钟电路24(U3)的读写控制。存储器25(U2)采用AT24C512串行存储器芯片，其数据存储量达64KB，用于保存每次灌墨操作的灌墨信息，每灌墨一次记录一条灌墨信息，信息内容包括墨盒类型、灌墨量和灌墨时间，每条信息占8字节，这样理论计算最多可存储8192条记录，保存的计算可以查询，不能删除，方便记帐、监控和做帐，等到记录存储满了后，下一条记录可以从头开始覆盖最早的旧记录。时钟电路24(U3)为系统提供一个精确的时钟日历，该电路采用PCF8563芯片，有8个脚，1脚、2脚连接32768Hz的晶振，3脚是中断输出脚，与单片机27的P3.3相连，4脚是电源地，5脚、6脚是I2C总线分别与单片机的P0.2、P0.3脚相连，7脚悬空，8脚是电源正极。单片机27对PCF8563芯片初始化后，该芯片电路就能开始准确计时，为单片机27提供准确的时间，时间通过I2C总线读取，时钟芯片每天的累积误差可以通过触摸键盘加以修正。P0.4与一个开关三极管相连，用于控制触摸液晶显示屏17的亮度。P0.5与触摸液晶显示屏17的CS1脚相连，用于做触摸液晶显示屏17的选通控制信号。P0.6～P0.7和P2.0～P2.7共十个脚位连接10个控制阀的光电隔离驱动电路，用于十个控制阀的通断控制，即控制十个输出通道，当P0.6～P0.7和P2.0～P2.7口线输出低电平时，对应通道接通，继电器吸合，启动对应的控制阀导通工作，当P0.6～P0.7和P2.0～P2.7口线输出高电平时，对应通道闭合，继电器处于常闭状态，控制阀常闭合。
P1口有八个I/O口引脚，用作数据线，与触摸液晶显示屏17的数据线的DB0～DB7引脚相连，用于单片机27对触摸液晶显示屏17的控制和输出显示信息。P3口也是I/O口，有八个引脚，主要与触摸液晶显示屏17的控制线连接，用作控制选通。其中P3.0与触摸液晶显示屏17的RS脚连接，P3.1与触摸液晶显示屏17的WR脚连接，P3.2与触摸液晶显示屏17的INT脚连接，P3.3与硬件时钟电路24的3脚连接，P3.4与触摸液晶显示屏17的CS2脚连接，P3.5与触摸液晶显示屏17的BUSY脚连接，P3.6与触摸液晶显示屏17的RD脚连接，P3.7与触摸液晶显示屏17的RST脚连接。
此外，单片机控制器的供电需要3组电源，+5V、+12V和-12V，除了继电器用+12V、收银柜用-12V供电外，其它电路都用+5V供电。
1、本实施例各部分连接方法如下：
把六个液体瓶4放置在灌注机上边的一个平台上，液体瓶4的底部由一根口径为1mm的管道引出，六个液体瓶4对应六个三通控制阀15，每个液体瓶4与对应的一个三通控制阀15的a端相连，三通控制阀15的b端用橡皮管3与控制阀#10的一端相连，控制阀#10的另一端与净水瓶相连。三通控制阀15的c端再用灌墨管道16引出，灌墨管道16一端的出口接上注射针，需要灌墨时选择对应颜色的针头插入墨盒灌墨孔中。灌注缸7放置在液体灌注机的中央，灌注缸7正面有一个带扣锁的小门，需要灌墨时将插好墨水针头的墨盒放入其中，盖好门扣上。灌注缸7的左右两侧分别连接控制阀，左边连接控制阀2-#7，控制阀2-#7的另一端敞开不连。右边连接控制阀2-#8，控制阀2-#8的另一端连接真空泵8的气孔。真空泵8有两个电源接线端，一端直接接220V市电零线，另一端先与继电器JK1的一个开关触点连接，在通过继电器JK1的另一个开关触点接入220V市电火线。当继电器JK1受控接通电源，真空泵8开始上电工作。抽液缸6与灌注缸7并排一处，放置在灌注缸的左边。与灌注缸一样，抽液缸6正面也设计有一个带扣锁的小门，需要抽余墨时将旧墨盒放入其中，盖好门扣上。抽液缸6的左右两侧分别连接控制阀，左边同样连接在控制阀#7上，抽液缸6的右侧通过一根橡皮管3连接到废液缸10中，废液缸10再使用一根橡皮管3连接到控制阀2-#9的一端，控制阀2-#9的另一端连接到真空泵8的气孔上(用三通与控制阀2-#8的橡皮管出口连接)。超声清洗器11与灌注缸7并排一处，放置在灌注缸的右边。超声清洗器11的JK3开关直接接220V市电电源。收银柜12放置在灌注缸7下边，其电源JK2开关通过一个按键接在-12V直流电源上，按下该键，收银柜12的抽屉会自动弹出。
以上是灌注机的气路连接，气路连接时需要注意密封，以免漏气。单片机控制器5引出11个控制信号，控制10个控制阀和JK1电子开关。
2、本实施例各操作步骤如下：
(1)灌墨前的余墨清理
把需要灌墨的墨盒放入抽液缸6，盖好密封盖小门扣锁。在液晶屏的屏幕菜单上选中抽余墨键，点击该键，即可启动系统开始工作，墨盒在真空抽气压力下，墨盒内的废余墨被抽出流入废墨缸，整个抽废墨持续时间3～4分钟即开完成。抽余墨结束后，真空泵停止工作，液晶屏的屏幕返回到初始菜单。
(2)墨盒灌墨
从抽液缸中取出清理好的墨盒，查看旧墨盒的类型，选中墨水瓶颜色，挑选对应的墨水管道，并将墨水瓶下面连接的针头插入到待灌墨的墨盒插孔中，把墨盒放入到灌墨缸，盖好密封盖小门扣锁，准备灌墨。
在液晶屏的屏幕菜单上选中点击灌墨操作，屏幕显示选择灌墨类型，根据屏幕提示选择墨盒类型，还可以在屏幕上用触摸键进行设置定时(灌墨时间)、定量(灌墨容量)操作，设置好灌墨时间和灌墨容量，启动通过触摸按键点击灌墨开始，系统即可开始自动灌墨操作。灌墨启动后，真空泵接通电源开始抽真空，灌墨缸和管道的真空达到一定的大气压力后，打开灌墨管道对应的控制阀，在真空大气压力的作用下吸引墨水瓶的墨水流入墨盒内。整个灌墨持续时间4～5分钟。灌墨完成后，控制阀2-#7自动开气，打开灌墨缸小门，取出墨盒。同时单片机控制器将自动保存当前的灌墨记录，以备日后查询操作和管理。
(3)灌墨后的墨盒清理
墨盒灌墨后，墨盒头会渗出一些墨水，所以从灌墨缸中取出灌好的墨盒，应采用超声清洗器对其进行处理。操作时只需打开超声清洗器电源，把墨盒放在超声清洗器上面照射1分钟即可完成墨壁外液清洗，墨盒清洗后再进行密封包装后即可长期保存，或装入喷墨打印机墨头使用。
(4)灌墨管道清洗
当一天灌墨或长时间没有灌墨时，灌墨管道和控制阀端口会存在一些残余的污垢，墨迹一旦烘干，就会堵塞管道，特别是在夏天，管道堵塞会严重一些。因此每天灌墨后应清洗一次。清洗管道时按附图4连接好线路，净水屏盛大半瓶温水，在液晶屏的屏幕菜单上选中点清洗管道操作，此时，真空泵启动，控制阀2-#9号、2-#10接通，控制阀2-#7闭合，三通控制阀15(15-#1、15-#2、15-#3、15-#4、15-#5、15-#6)关闭液体瓶4进口管道，接通净水瓶1进口管道，在真空大气压的作用下，净水瓶中的干净温水顺着管道流入废液缸10中，整个清洗持续时间2～3分钟。管道清洗完成后，控制阀2-#7自动大开进气，控制阀2-#9号、2-#10关闭，JK1断开，真空泵停止工作。
(5)收银柜12是在一个墨盒灌墨操作结束后便于工作人员收银。