基于STC單片機(jī)的PCR溫控系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、PCR儀是在醫(yī)學(xué)工程方面應(yīng)用非常廣泛的一種儀器，它的關(guān)鍵技術(shù)是溫度控制系統(tǒng)，即能實現(xiàn)快速、精確的溫度控制從而完成多次熱循環(huán)，來達(dá)到基因擴(kuò)增的目的。一個熱循環(huán)一般包括三個階段，即變性、退火、延伸。本設(shè)計的目的就制作一種結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、價格較低、體積較小、性能精確度、溫度均勻度能夠滿足要求的PCR擴(kuò)增儀。
　　論文首先介紹了當(dāng)前PCR儀的原理和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出了PCR儀目前存在的一些問題，并對著問題進(jìn)行了討論，提出了論文的研究的意義和

2、內(nèi)容以及設(shè)計的特點(diǎn)。主要研究的內(nèi)容包括(1)測溫模塊和變溫模塊，這是硬件電路中的重點(diǎn)內(nèi)容，關(guān)系到溫控系統(tǒng)的精確度和可靠性。本設(shè)計中采用的AD590作為熱傳感器組成測溫電路，既提高了精確度，又減少了硬件的復(fù)雜程度。變溫模塊就是對溫度的控制部分，主要采用的熱電制冷片進(jìn)行控制，既能減少設(shè)計的體積還能提高精確度。另外為了提高降溫速率，還增加了一個散熱風(fēng)扇。
　　(2) STC單片機(jī)主控電路的搭建，包括人機(jī)通信模塊、AD和DA轉(zhuǎn)換模塊、串口

3、通信模塊、復(fù)位單元等。這部分主要是硬件電路的搭建內(nèi)容，是溫控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。其中AD轉(zhuǎn)換是測溫精確度的保障，所以硬件要保證其電壓穩(wěn)定，軟件中多次采樣對比來降低誤差。DA轉(zhuǎn)換則是通過連接差分放大電路來控制制冷片達(dá)到升降溫的目的。
　　(3)溫控算法的設(shè)計。在軟件算法上，設(shè)計主要采取了自適應(yīng)模糊控制的原理。也就是將PID控制和模糊控制結(jié)合，當(dāng)實際溫度和設(shè)定溫度相差較大的時候采取比例控制，當(dāng)偏差在范圍之內(nèi)時候采取自適應(yīng)模糊PID控制

4、來進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度調(diào)節(jié)。并通過MATLAB對算法進(jìn)行了仿真和對比。
　　(4)溫度均勻度的仿真和改進(jìn)。反應(yīng)槽是溫度變化載體，其溫度均勻度直接影響了反應(yīng)試管的受熱和最終實驗結(jié)果。本論文對反應(yīng)槽的受熱進(jìn)行了有限元的分析，得到其溫度的分布情況，并且提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。通過有限元的分析和實際測量進(jìn)行了對改進(jìn)效果的驗證。
　　(5)軟件的設(shè)計。系統(tǒng)的編程是采用C語言進(jìn)行編程，主要程序有PID的算法程序、溫度采集程序、數(shù)字濾波程序等。<