酶链聚合扩增仪硬件平台的研究

论文摘要

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction),简称PCR,是一种体外特定核酸序列扩增技术,利用该技术能够从复杂的DNA分子群体中选择性地复制一段特异的序列,使某一DNA片段得到特异性的扩增。自动完成聚合酶链式反应的仪器就是PCR仪,全称酶链聚合扩增仪。随着PCR技术的发展,PCR技术已在分子生物学、医学、法学、生物化学等领域得到了广泛应用。本课题系统地就PCR酶链聚合扩增仪的硬件平台进行了设计研究,并在此基础上就完成的设计样机进行了温度控制算法的调试,论文的主要内容如下:第一章概述PCR发展概况和技术进展,阐述了课题的来源及意义,提出了论文所要进行的主要研究内容。第二章对PCR仪的功率驱动系统进行了详细深入的设计。针对TEC半导体制冷片Peltier效应的特殊性,设计相应的功率驱动方案,以保证半导体片有可靠精准且方向可逆的直流电流供给,给出了功率驱动系统具体结构的设计方法和相应参数的选择计算原则。第三章完成了基于ARM嵌入式系统的温度控制器的硬件设计,并重点探讨了温度数据采集模块的设计,对温度测量方案,减小误差的方法等进行了研究,确定了AD7711的高精度温度测量方案。第四章研究了温度控制算法,提出了继电自整定方法在PCR仪温度控制系统中的应用,并初步得到实现。第五章对完成的设计样机进行了实验分析,分别对功率驱动模块和温度控制系统进行了实验分析。第六章对全文进行了总结,对后续工作进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 PCR技术概要
• 1.1.1 PCR基本原理与技术进展
• 1.1.2 PCR仪器现状和发展方向
• 1.1.3 Peltier效应
• 1.2 功率放大电路
• 1.3 ARM嵌入式技术和S3C2410处理器
• 1.4 研究内容、方法和创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 课题难点及创新点
• 1.5 本章小结
• 第2章 功率驱动系统的硬件设计
• 2.1 功率驱动系统的组成
• 2.2 各部分的原理与基本功能
• 2.2.1 UC3637的原理与基本功能
• 2.2.2 IR2110的原理与基本功能
• 2.2.3 H桥式双极性电路
• 2.2.4 控制部分与电流反馈
• 2.3 参数值的详细设计
• 2.3.1 三角波振荡器参数的设计
• 2.3.2 自举电容和自举二极管的选择
• 2.3.3 功率转换回路器件的选用
• 2.3.4 死区时间的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 ARM控制器的硬件设计
• 3.1 总体构成
• 3.2 ARM最小系统设计
• 3.3 人机接口模块设计
• 3.4 温度数据采集模块设计
• 3.4.1 铂电阻测量原理
• 3.4.2 铂电阻测温校正
• 3.4.3 基于AD7711温度高精度测量
• 3.5 控制器其他部分模块设计简述
• 3.6 本章小结
• 第4章 温度控制算法
• 4.1 PID自整定算法概述
• 4.1.1 常规PID整定方法
• 4.1.2 智能PID整定方法
• 4.2 PID继电自整定方法原理
• 4.3 基于继电自整定的PCR温度控制系统
• 4.4 本章小结
• 第5章 PCR仪实验分析
• 5.1 功率驱动系统的实验分析
• 5.2 PID温度控制的实验分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献