量子蛋白检测的控制系统研究及设计

发布时间：2017-08-24 11:21

  本文关键词：量子蛋白检测的控制系统研究及设计

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【摘要】：量子点(Quantum Dots,QDs)是一类尺寸小于或者接近激子波儿半径的半导体纳米晶体材料,是主要的生物荧光标记纳米材料,其具有明显的量子效应,目前量子点已成为优良的生物荧光标记材料,被广泛用于生物研究领域。在研究量子点生物探针技术以及量子点阵列的偏振荧光光谱特性时,需要用到电机精度能达到0.36°每步进和0.0072°每步进的测试平台,操作这类高精度测试平台时,若采用传统的手动操作方式,将添加待测物至观测台并手动调整观测台的位置方便用显微镜观测,手动调整控制装置以及调整激光源,并人工实时检测光谱仪数据,其效率、数据准确性、操作便捷性远不能达到理想状态,使得研究进度大幅度减慢。根据量子蛋白质芯片测试时的设备方便操作以及提高数据准确率,考虑到测试系统中含有高精度的X/Y方向滑动平台、高精度谐波减速电机等,本论文提出利用单片机Arduino Mega2560作核心控制器,具有使用简单、丰富引脚、操作简易等优点,可以精确控制高精度设备,并实时读取到电机的状态。上位机在PC机上采用Lab VIEW开发软件,实现图形化控制交互界面,可以达到对检测系统操作的数据进行实时观测、数据显示、数据查看、限位告警等功能。需控制的实验操作设备中包括了高精度滑动平台、高精度谐波减速电机等精密仪器。利用下位机与上位机的串口通信进行实时控制,很好地解决了高精度测试仪器操作问题,大大增加了实验数据的可靠性以及有效性,避免大量手动重复操作导致的实验数据偏差。该系统检测平台具有实用性强、通用性好、系统搭建灵活及编程简单易学等优点,可以根据控制需要进行快速修改,可应用于集成光学生物芯片检测,为量子点蛋白质芯片配套,形成一套完整的检测系统。在国内解决量子点测试方案中,此设计处于领先地位,很好的辅助了蛋白质生物芯片的测试与研发。
【关键词】：量子点 蛋白质芯片测试 控制系统 高精度电机控制
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN407
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景及意义7-8
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势8-9
• 1.3 课题来源、论文主要研究内容9-10
• 1.4 组织架构10-12
• 第二章 量子蛋白测试系统分析及设计12-21
• 2.1 量子点检测需求分析12-14
• 2.2 架构设计及操控方案14-15
• 2.2.1 整体系统架构14
• 2.2.2 操控方案设计14-15
• 2.3 机电系统模块15-20
• 2.3.1 步进电机工作原理15-17
• 2.3.2 滑动平台模块17-18
• 2.3.3 注射泵控制模块18-19
• 2.3.4 激光源伺服模块19
• 2.3.5 其他控制模块19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 系统硬件部分设计21-29
• 3.1 硬件电路介绍21-24
• 3.1.1 控制器21
• 3.1.2 电路设计21-24
• 3.2 机械电机实物图24-25
• 3.3 IO扩展方案25-28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 系统软件部分设计29-53
• 4.1 上位机软件开发29-43
• 4.1.1 LabVIEW通信接口30
• 4.1.2 上位机程序流程30-32
• 4.1.3 主程序设计与人机界面32-40
• 4.1.4 关键技术40-43
• 4.2 下位机软件开发43-52
• 4.2.1 Arduino单片机43
• 4.2.2 下位机软件程序流程43-45
• 4.2.3 下位机程序45-50
• 4.2.4 步进电机精度控制50-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 系统可靠性设计53-57
• 5.1 机械可靠性设计理论53-55
• 5.2 可靠性设计55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 自动测试系统57-63
• 6.1 自动测试流程57-59
• 6.2 检测成果展示59-63
• 第七章 总结与展望63-66
• 7.1 论文总结63-64
• 7.2 论文展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70

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本文编号：731036