便携式PCR仪温控系统设计与仿真研究

发布时间：2017-03-31 12:01

  本文关键词：便携式PCR仪温控系统设计与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会发展,医疗水平的不断提高,人们对自身健康状态有了更高的需求,这就使得疾病预防与早期检测具有了更迫切的现实意义,并得到了社会的广泛关注。PCR是聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)的简称,是一种体外核酸扩增技术,可从复杂的DNA分子中选择性的复制扩增一段特异的序列,能够自动完成PCR反应的仪器称为酶链聚合扩增仪(下文简称PCR仪)。目前,PCR仪已经广泛应用于疫情快速检验、临床诊断、法医鉴定和生化分析等多个传统领域,但PCR技术相对于船舶污水检测领域还是一个空白,本课题设计的PCR仪可完成对船舶生活污水的致病菌定性的快速检测,实现了对船舶污水排放的标准化检测,减少了对海洋环境的污染,具有较强的实际应用前景。与国外PCR技术相比,国内因起步晚,研究基础薄弱,导致国内PCR仪性能一定程度落后于国外同类产品,由此研究并开发具有精度高、成本低的PCR仪便具有一定的理论意义和经济价值。课题分析了PCR仪的温度控制要求和流程；设计并完成了基于C8051F020单片机的嵌入式PCR仪软/硬件系统；提出了模糊PID温度控制优化模型,并与传统PID控制进行了仿真比较与效果分析。论文的主要研究如下：(1)概述了PCR反应的基本原理和国内外PCR仪的发展现状,对国内外当前PCR仪进行了参数对比和分析；(2)主要是以C8051F020单片机为开发平台完成了课题的硬件系统设计。给出硬件电路总体设计架构,重点对电源模块、传感器模块及控制器模块等电路进行了设计与测试,完成人机交互界面设计及设备平台搭建和实验测试；(3)采用模块化原则对系统软件进行功能块定义与接口设计,完成系统主程序及各中断程序代码的编写,并对程序结构和代码进行了优化,提高运行效率和稳定性；(4)针对PCR技术温度控制的特殊要求,提出模糊PID控制模型,并与传统PID控制效果进行了仿真比较。
【关键词】：PCR 温度控制 PID控制 模糊控制 船舶污水检测
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U698.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.1.1 课题的研究背景10-11
• 1.1.2 课题的理论意义与应用价值11-12
• 1.2 PCR技术概述12-17
• 1.2.1 PCR反应的基本原理12-15
• 1.2.2 PCR仪国内外研究现状15-17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 硬件系统设计19-31
• 2.1 硬件总体结构方案19-20
• 2.2 硬件电路设计20-27
• 2.2.1 电源模块20-21
• 2.2.2 时钟电路模块21
• 2.2.3 复位电路模块21-22
• 2.2.4 CPU控制模块22-23
• 2.2.5 温度检测与放大电路23-26
• 2.2.6 通信接口电路26-27
• 2.3 温控元件的选取27-31
• 第3章 软件系统设计31-38
• 3.1 软件的组成和模块化功能31-32
• 3.2 主程序设计32-33
• 3.3 中断程序设计33-38
• 3.3.1 TO中断服务程序33-34
• 3.3.2 T1中断服务程序34-36
• 3.3.3 DAC0中断服务程序36-37
• 3.3.4 UART0中断服务程序37-38
• 第4章 PCR仪温度控制算法38-54
• 4.1 PID控制理论简介38-41
• 4.1.1 PID控制模型38-39
• 4.1.2 PID参数整定39-41
• 4.2 模糊控制模型41-44
• 4.2.1 模糊控制理论简介41-42
• 4.2.2 模糊控制器42-44
• 4.3 基于模糊PID控制的PCR温度控制算法44-54
• 4.3.1 物理量的模糊化45-47
• 4.3.2 模糊规则和推理47-49
• 4.3.3 输出的反模糊化49
• 4.3.4 算法程序的实现49-51
• 4.3.5 模糊-PID控制算法仿真51-54
• 第5章 系统软硬件平台测试与分析54-59
• 5.1 人机交互界面参数设置54-56
• 5.2 后期实验成果56-59
• 总结与展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 研究生履历64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 国石磊;刘泽文;秦健;田昊;司卫华;;微型PCR系统及其温控特性研究[J];半导体技术;2010年12期

2 罗海波;;PID控制器设计与仿真研究[J];计算机仿真;2012年02期

3 刘春娟,顾生杰;非对称模糊PID控制在二质量伺服系统中的应用[J];自动化与仪器仪表;2005年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 林辉;轮毂电机驱动电动汽车联合制动的模糊自整定PID控制方法研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李广;基于模糊PID复合控制的振动主动控制研究[D];南京航空航天大学;2008年

2 彭一峰;基于模糊PID控制理论的振动主动控制研究[D];大连理工大学;2013年

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本文编号：279556