生物反應(yīng)器智能測(cè)控系統(tǒng)的研制.pdf

1、隨著社會(huì)的快速發(fā)展,以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、環(huán)境、海洋和能源等多個(gè)領(lǐng)域,并且顯示巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?人們對(duì)生物技術(shù)展開(kāi)了大量的研究,相關(guān)研究人員從生物反應(yīng)過(guò)程入手,來(lái)尋找獲取提高生物過(guò)程代謝產(chǎn)物的方法,從而將實(shí)驗(yàn)室的研究逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)生產(chǎn)。因此,生物反應(yīng)器的測(cè)控系統(tǒng)的研究成為現(xiàn)今社會(huì)研究重點(diǎn)之一。本文根據(jù)生物過(guò)程的實(shí)際需要,以復(fù)雜的生物反應(yīng)過(guò)程為主線,設(shè)計(jì)了一套基于DSP的嵌入式生

2、物過(guò)程在線測(cè)控系統(tǒng),來(lái)滿足不同生物反應(yīng)過(guò)程的需求。本論文的內(nèi)容主要包括:
　　首先,通過(guò)閱讀相關(guān)的文獻(xiàn),完成從對(duì)生物技術(shù)的初步認(rèn)識(shí)到對(duì)生物反應(yīng)過(guò)程的深入理解,分析現(xiàn)有生物反應(yīng)器的測(cè)控系統(tǒng)研究情況,歸納總結(jié)生物反應(yīng)器測(cè)控系統(tǒng)的需求。根據(jù)生物過(guò)程的實(shí)際檢測(cè)需要,提出基于DSP的測(cè)控系統(tǒng)作為生物反應(yīng)器的通用測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。以采用PLC模塊化的設(shè)計(jì)思想,利用嵌入式技術(shù),將系統(tǒng)分為主控模塊、檢測(cè)模塊和控制模塊三個(gè)基本模塊,通過(guò)CAN總線

3、的方式,將各個(gè)模塊連接起來(lái),搭建完整系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫度、pH溶解氧參數(shù)在線檢測(cè),同時(shí)實(shí)現(xiàn)加酸堿、補(bǔ)料、攪拌充氧、消泡、升降溫的控制。通過(guò)系統(tǒng)的靈活組合和升級(jí)換代,來(lái)滿足不同生物過(guò)程中的應(yīng)用,提高系統(tǒng)的通用化和智能化。
　　其次,根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。利用DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力,將主控模塊設(shè)計(jì)為基于DSP的嵌入式系統(tǒng),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理,通過(guò)DSP與CPLD的硬件結(jié)合,設(shè)計(jì)人機(jī)界面。設(shè)計(jì)檢測(cè)模塊的信號(hào)調(diào)理電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)

4、溫度、pH以及溶解氧傳感器的弱小信號(hào)采集,并通過(guò)MCU轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。并且對(duì)控制模塊的外部設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)升降溫控制、加酸加堿控制、補(bǔ)料控制、攪拌控制、光照控制,設(shè)計(jì)CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用層的通信協(xié)議,通過(guò)Code Composer Studio、Keil uVision4等集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。
　　最后,系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整的生物培養(yǎng)過(guò)程,來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試,在此基礎(chǔ)上,以畢赤酵母、螺旋藻為例,開(kāi)展