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自动化生化分析工作站电控系统研制

作　者: 曹湛江
导　师: 安世奇
学　校: 青岛科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 赤潮自动化生化分析工作站电控系统现场总线嵌入式系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着人类开发海洋步伐不断的迈进,海洋生态环境日趋恶化,赤潮等海洋灾害频繁发生。加快海水水质检测与治理是关系海洋可持续发展的大事。传统检测手段效率低、耗时长,无法满足海水水质监测实时快速的要求。因此船载快速现场检测系统的研制成为海洋环境监测的迫切需要。本课题属于国家高技术研究发展(863)计划海洋技术领域:船载海洋生态环境检测技术系统——赤潮生物综合测量分析系统。其核心任务是研制海洋浮游植物船载快速现场检测系统,使我国具有海洋生态环境现场实时快速检测能力。本课题研制的自动化生化分析工作站系统是将DNA分子探针生物技术与计算机控制技术、电机控制技术、检测技术、机械设计等有机融合为一体的船载机电一体化精密仪器系统。利用双机械臂作为传输机构,模拟工作人员的实验室操作,运用孵育仪、电动移液器、洗板机、酶标仪等仪器模块通过酶切、显色反应工序,并分析上传数据,实现了对赤潮微藻水样处理、分析的自动化。本文所做的工作主要包括以下几个部分:(1)依所需生化分析流程完成工作站整体设计,突出模块化。主控PC机选用研祥公司的IPC-8562;PC-CAN接口适配卡选用致远公司的PCI-9820I。各仪器设备模块控制板采用AVR单片机+CPLD模式,分别选用ATMEL公司的AT90CAN128和ALTERA公司的EPM1270T144C3。(2)依CAN总线技术构建了主控PC机与带CAN总线接口的各模块控制板的通讯。(3)完成了各仪器设备模块控制板电路设计及CPLD内部硬件逻辑设计,CPLD采用Verilog HDL开发。(4)完成了主控PC机及各仪器设备模块的软件设计。主控PC机程序采用Visual Basic开发,仪器设备模块程序采用C语言开发。依分层模块化设计模式,设计了CAN接口通讯程序、机械臂任务调度程序、PID温度控制程序等。采用模块化设计、CAN总线组网、嵌入式技术,实现复杂的自动化生化分析,是本文创新点,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-14
  1.1 本课题的研究背景  11-12
  1.2 该领域的国内外研究现状和发展  12
  1.3 课题研究的主要内容和关键技术难点与创新  12-13
  1.4 课题研究的目标与意义  13-14
第二章工作站生化分析理论与方法  14-19
  2.1 赤潮生物综合测量分系统总体技术路线概述  14
  2.2 工作站生化分析技术路线  14-16
    2.2.1 双特异分子探针检测分析方法的优化与标准化  14-16
    2.2.2 工作站系统的结构及性能改进研究  16
    2.2.3 仪器性能考核  16
  2.3 工作站生化分析流程  16-19
第三章生化分析工作站电控系统整体设计  19-30
  3.1 生化分析工作站的构成  19-22
  3.2 电控系统整体设计  22-26
    3.2.1 工作站主控PC 机  23-24
    3.2.2 PC-CAN 接口适配卡  24
    3.2.3 模块控制板结构设计  24-26
  3.3 解决的关键技术  26-30
    3.3.1 设备整合集成  26
    3.3.2 人性化设计  26
    3.3.3 柔性与通用性  26-28
    3.3.4 机械臂任务调度  28-30
第四章自动化生化分析工作站电控系统通讯设计  30-43
  4.1 现场总线技术  30-34
    4.1.1 现场总线概述  30-31
    4.1.2 现场总线的种类  31-33
    4.1.3 现场总线的选用  33-34
  4.2 CAN 总线技术  34-39
    4.2.1 CAN 总线概述  34-35
    4.2.2 CAN 总线工作原理  35-36
    4.2.3 CAN 总线通讯协议  36-37
    4.2.4 CAN 总线网络构建  37-38
    4.2.5 CAN 总线通信速率选择  38-39
  4.3 基于CAN 总线的通讯设计  39-43
    4.3.1 主控PC 机CAN 接口设计  39-40
    4.3.2 模块控制板CAN 接口设计  40-43
第五章自动化生化分析工作站电控系统硬件设计  43-55
  5.1 模块控制板电路设计  43-51
    5.1.1 机械臂运动控制板电路设计  43-45
    5.1.2 酶切反应区控制板电路设计  45-47
    5.1.3 加样针清洗区控制板电路设计  47-48
    5.1.4 孵育仪控制板电路设计  48-49
    5.1.5 加样控制板电路设计  49-50
    5.1.6 洗板机控制板、酶标仪控制板电路设计  50-51
  5.2 模块控制板CPLD 内部硬件逻辑设计  51-55
    5.2.1 机械臂运动控制板CPLD 内部硬件逻辑设计  51-52
    5.2.2 酶切反应区控制板CPLD 内部硬件逻辑设计  52-54
    5.2.3 孵育仪控制板CPLD 内部硬件逻辑设计  54-55
第六章自动化生化分析工作站电控系统软件设计  55-69
  6.1 工作站主控PC 机软件设计  55-58
    6.1.1 主控PC 机主程序设计  56
    6.1.2 主控PC 机系统复位程序设计  56
    6.1.3 主控PC 机通讯程序设计  56-58
    6.1.4 主控PC 机任务调度程序设计  58
  6.2 模块控制板软件设计  58-69
    6.2.1 通讯程序设计  59-61
    6.2.2 机械臂运动模块程序设计  61-63
    6.2.3 加样模块程序设计  63-64
    6.2.4 洗板机、酶标仪模块程序设计  64-65
    6.2.5 孵育区模块程序设计  65-69
总结与展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
攻读学位期间发表的学术论文目录  76-77

自动化生化分析工作站电控系统研制

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