微型生化分析仪控制系统的研究

论文摘要

生化分析仪是一种集光、机、电于一体的医疗临床检测设备,主要用于临床检验人体体液中的各种生化指标。随着科学技术和人类社会的不断发展,检测快速、操作简单直观、携带方便的微小型生化分析仪是近年来一个重要的发展方向。该仪器的进样、温度的精确控制系统是微小型生化分析仪研制的重要组成部分。本论文在国家“863”项目“微型实用化生化分析仪研究”的资助下,围绕微型生化分析仪的进样系统和恒温系统等控制进行了研究,以Philips公司的LPC2114微处理器为核心,搭建了整个控制系统的硬件平台;结合嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,完成了控制系统软件的编写;在了解模糊控制与PID控制原理的基础上,提出了适用于本控制系统的模糊-PID控制方式,以期提高系统控制的精度和速度。本论文的主要研究工作是:1、在查阅大量文献的基础上,分析研究了生化分析仪控制系统的发展现状与趋势,提出了控制系统的总体方案;2、分析了解了微型生化分析仪恒温系统和进样系统的特点和要求,提出了一种适用于本系统的控制方案,完成了恒温样品室结构设计,并搭建了控制电路,完成了控制软件;3、研究了ARM体系结构,在此基础上进行了以LPC2114微处理器为核心的控制平台的设计,并进行了电路PCB板的绘制和制作,完成了μC/OS-Ⅱ操作系统在ARM平台上的移植,搭建了微型生化分析仪控制系统的软硬件平台;4、在分析模糊控制技术和PID控制技术的基础上,结合两种控制技术的优点,提出了一种适用于本系统的模糊-PID控制方案,提高了控制的精度和速度,并研究了相应的控制算法;5、对研制出的微型生化分析仪控制系统的实验板进行了调试和实验测试,并对测试结果进行了误差分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状与趋势
• 1.3 本文的研究意义与主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 控制系统总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 控制系统的总体结构
• 2.3 恒温系统
• 2.3.1 恒温系统的方案
• 2.3.2 半导体致冷器（TEC）
• 2.3.3 温度传感器
• 2.3.4 温度控制算法
• 2.4 进样系统
• 2.5 基于ARM 的控制平台
• 2.5.1 硬件平台
• 2.5.2 软件平台
• 2.6 本章小结
• 3 控制系统的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 恒温系统的设计
• 3.2.1 恒温样品室结构设计
• 3.2.2 温度信号采集电路
• 3.2.3 半导体制冷器驱动电路
• 3.2.4 温度信号采集软件设计
• 3.2.5 模糊-PID 控制算法的实现
• 3.3 进样系统的设计
• 3.3.1 进样系统实验测试及结构设计
• 3.3.2 进样系统电路设计
• 3.3.3 进样系统软件设计
• 3.4 基于ARM 的控制平台设计
• 3.4.1 硬件平台设计
• 3.4.2 软件平台设计
• 3.5 系统印刷电路板（PCB）设计
• 3.5.1 主控板PCB 设计
• 3.5.2 半导体制冷器驱动板PCB 设计
• 3.6 本章小结
• 4 控制系统软硬件调试
• 4.1 引言
• 4.2 调试平台的组建与方案
• 4.3 具体的调试过程
• 4.3.1 PCB 板的电气检查
• 4.3.2 调试系统的硬件连接
• 4.3.3 电源、晶振及复位电路调试
• 4.3.4 串行接口电路调试
• 4.3.5 PWM 输出电路调试
• 4.3.6 控制系统整体调试结果与误差分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录