高精度生物調(diào)溫床的研制.pdf

1、生物調(diào)溫床是生物醫(yī)學(xué)實驗中重要的加熱保溫設(shè)備,其廣泛應(yīng)用于生物樣品的保存、蛋白質(zhì)變性處理和血清凝固等領(lǐng)域。同傳統(tǒng)水浴相比較,生物調(diào)溫床具有溫度慣性小、升溫快和免水污染等優(yōu)點。隨著生物醫(yī)學(xué)研究的深入和產(chǎn)品量產(chǎn)化要求的提高,大型高精度的生物調(diào)溫床正成為一種發(fā)展趨勢。由于生物調(diào)溫床的加熱模塊體型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,經(jīng)典的單變量PID控制很難實現(xiàn)對其高精度控制,所以有必要研究出一種新的有效的控制策略。
　　 本文采用“化整為零”的策略,人為地

2、將整個加熱金屬模塊劃分為四個小模塊,每一個模塊再進(jìn)行單獨控制。由于小模塊彼此相連,它們之間必然存在一定的耦合作用；此外,由于被控對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精確的數(shù)學(xué)模型較難建立。根據(jù)生物調(diào)溫床的上述特點,其溫度控制器應(yīng)該具有一定得自適應(yīng)動能力,能夠自動辨識被控對象的數(shù)學(xué)模型,并能消除各個回路之間的耦合作用。在對常規(guī)解耦控制、自適應(yīng)控制以及自適應(yīng)解耦控制進(jìn)行了深入地分析研究后,最后決定采用一種多變量自適應(yīng)解耦控制算法作為本課題的控制算法,該算法具有自

3、適應(yīng)和解耦控制優(yōu)點。經(jīng)MATLAB仿真和實驗驗證,證明該算法用于生物調(diào)溫床溫度控制中是可行的。另外,在硬件電路設(shè)計方面,本文結(jié)合以往高精度信號采集電路的設(shè)計方案,設(shè)計了專門的信號放大調(diào)理電路,以確保溫度信號能被高質(zhì)量的檢測出。選擇響應(yīng)較快的NTC熱敏電阻作為溫度傳感器,并采用遞推最小二乘法對熱敏電阻參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,以實現(xiàn)對溫度的高精度測量；輸出模塊采用雙向可控硅作為執(zhí)行器,同時采用過零觸發(fā)控制方式來減少對電網(wǎng)和被加熱樣品的電磁干擾?？刂破?/p>

4、則采用TI公司的MSP430F149單片機(jī),它內(nèi)含有12位ADC,能夠保證采樣的精度和可靠性,同時能夠把采集溫度數(shù)據(jù)及時地發(fā)送出去。在軟件方面,程序采用前后臺程序結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)計方法,使得整個程序結(jié)構(gòu)清晰,易于移植和修改。上位機(jī)監(jiān)控軟件則以VB6.0為開發(fā)環(huán)境。上位機(jī)與單片機(jī)之間通過串口進(jìn)行通信,并能對溫度進(jìn)行實時顯示和輸出實時波形。最后經(jīng)過實驗測試,該系統(tǒng)各模塊工作正常,測量數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目的。最后對生物調(diào)溫床溫度控制系