基于DSP的阵列培养仪参数测量系统

发布时间：2017-09-19 17:10

  本文关键词：基于DSP的阵列培养仪参数测量系统

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【摘要】：微生物培养是生物工程领域基础研究和临床应用研究中广泛应用的一项实验技术。由于培养过程周期较长,并且涉及到微生物结构、功能以及与环境的交互作用等因素,对培养仪的环控、运控参数要求较为苛刻,这些参数包括温湿度、光照强度、OD溶氧浓度值(反映通气效率和氧传递效率)、转速和振幅(影响微生物与培养基的混合效果)等,以及影响培养仪运行稳定性的动平衡量。其中高通量阵列培养仪因为结构限制,目前市场上的多数产品缺乏较高精度的测量手段,运行实测值远低于标称值,尤其是OD测量只能以离线方式完成,动平衡也较少考虑,大大影响了高扰动状态下的实际应用效果。为此本文着重研究了高扰动状态下对阵列式高通量培养仪环境参数及运动参数的在线测量方法,主要围绕各参数的功能需求分析、测量方法设计、高精度测量电路设计,测量系统相关软件开发和利用该测量系统对阵列培养仪的数据测量与分析几个方面展开。首先,分析微生物阵列培养仪测量需求,根据测量范围与测量精度等具体要求,设计开发相关测试系统的相关测量电路,包括传感器选型与调理电路设计等。并且根据实际实验的需要搭建试验箱与试验台以模拟培养仪运行环境。根据实际测量条件,采用单面动平衡算法测量动平衡,并且为了减小频谱泄漏带来的影响和减小F2808芯片的运算量,采用整周期采样法提取加速度信号。然后,根据实际的测量条件与要求,开发基于LabVIEW的参数测量的上位机系统,实现对温度、湿度、光照、转速、振幅和动平衡量的实时动态显示,并可以自动存储和回放历史数据。最后,在课题组研发的阵列培养仪样机内进行现场测量与数据分析研究。分别测量了温度、光照的不均匀性和培养仪内湿度变化,转速与振幅变化以及动平衡量大小。通过对测量数据的分析有助于了解产生这些变化的原因,为后续改进设计提供了依据。本文所设计开发的高通量阵列培养仪参数测量系统,提高了微生物阵列培养仪的培养质量,对其他场合下的环境量与运动量测量具有一定的参考价值,同时对推动微生物学及组织培养的发展也有一定的帮助。
【关键词】：阵列培养仪 温度测量 整周期采样 数字信号处理器
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH79
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究意义10-12
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 关键技术国内外研究情况介12-16
• 1.2.1 环境参数的测量技术12-14
• 1.2.2 运动参数的测量技术14-16
• 1.3 论文的主要内容与章节安排16-18
• 1.3.1 主要研究内容17
• 1.3.2 论文章节安排17-18
• 第二章 参数测量系统的总体设计18-26
• 2.1 测量系统的总体框架18
• 2.2 测量系统的主控模块设计18-22
• 2.2.1 主控芯片的选择19-20
• 2.2.2 软件开发环境20
• 2.2.3 软件流程设计20-21
• 2.2.4 上位机软件设计21-22
• 2.3 测量系统的数据采集模块22-24
• 2.3.1 环境参数22-23
• 2.3.2 运动参数23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 数据采集模块的设计与实现26-52
• 3.1 高精度高速A/D转换电路的设计26-30
• 3.1.1 ADC模块的硬件校正26-28
• 3.1.2 ADC模块的软件补偿28-30
• 3.2 温度的高精度测量电路设计30-36
• 3.2.1 温度测量方案设计30-35
• 3.2.2 温度测量电路的校准与验证35-36
• 3.3 光照强度的测量电路设计36-40
• 3.3.1 光照传感器的硬件设计36-38
• 3.3.2 光照传感器的软件设计38-40
• 3.4 湿度的测量电路设计40-45
• 3.4.1 湿度传感器的硬件设计41-43
• 3.4.2 湿度传感器的软件设计43-45
• 3.5 振幅的测量电路设计45-47
• 3.5.1 振幅的测量算法分析45
• 3.5.2 振幅的测量硬件电路设计45-46
• 3.5.3 振幅的测量软件设计46-47
• 3.6 转速的测量电路电路设计47-49
• 3.6.1 转速测量硬件设计48
• 3.6.2 转速测量软件件设计48-49
• 3.7 振动信号的获取及其信号处理电路49-50
• 3.7.1 加速度传感器调理电路设计50
• 3.7.2 加速传感器软件测量设计50
• 3.8 本章小结50-52
• 第四章 动不平衡信号的采集与处理52-60
• 4.1 动不平衡信号的测量原理52-54
• 4.1.1 转子不平衡量的分布及转子的分类52-53
• 4.1.2 刚性转子动平衡方法研究53-54
• 4.2 动不平衡信号的采集与处理54-58
• 4.2.1 利用整周期采样方法的应用55-57
• 4.2.2 幅值和相位信号的提取57-58
• 4.3 影响系数法的系统标定58
• 4.4 测量过程软件流程图58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 试验结果与分析60-73
• 5.1 实验平台与环境60-61
• 5.2 环境参数的测量结果61-65
• 5.2.1 湿度与光照强度的测量结果与数据分析61-63
• 5.2.2 温度的测量结果与分析63-65
• 5.3 运动参数的测量与数据分析65-71
• 5.3.1 转速与振幅的测量结果与数据分析65-69
• 5.3.2 动平衡量的测量结果与数据分析69-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文80-82

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本文编号：882869