生物反應(yīng)器智能測控系統(tǒng)的研制.pdf

1、隨著社會的快速發(fā)展,以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、環(huán)境、海洋和能源等多個領(lǐng)域,并且顯示巨大的發(fā)展?jié)摿?。因?人們對生物技術(shù)展開了大量的研究,相關(guān)研究人員從生物反應(yīng)過程入手,來尋找獲取提高生物過程代謝產(chǎn)物的方法,從而將實驗室的研究逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)生產(chǎn)。因此,生物反應(yīng)器的測控系統(tǒng)的研究成為現(xiàn)今社會研究重點之一。本文根據(jù)生物過程的實際需要,以復(fù)雜的生物反應(yīng)過程為主線,設(shè)計了一套基于DSP的嵌入式生

2、物過程在線測控系統(tǒng),來滿足不同生物反應(yīng)過程的需求。本論文的內(nèi)容主要包括:
　　首先,通過閱讀相關(guān)的文獻,完成從對生物技術(shù)的初步認(rèn)識到對生物反應(yīng)過程的深入理解,分析現(xiàn)有生物反應(yīng)器的測控系統(tǒng)研究情況,歸納總結(jié)生物反應(yīng)器測控系統(tǒng)的需求。根據(jù)生物過程的實際檢測需要,提出基于DSP的測控系統(tǒng)作為生物反應(yīng)器的通用測控系統(tǒng)的設(shè)計方案。以采用PLC模塊化的設(shè)計思想,利用嵌入式技術(shù),將系統(tǒng)分為主控模塊、檢測模塊和控制模塊三個基本模塊,通過CAN總線

3、的方式,將各個模塊連接起來,搭建完整系統(tǒng),實現(xiàn)溫度、pH溶解氧參數(shù)在線檢測,同時實現(xiàn)加酸堿、補料、攪拌充氧、消泡、升降溫的控制。通過系統(tǒng)的靈活組合和升級換代,來滿足不同生物過程中的應(yīng)用,提高系統(tǒng)的通用化和智能化。
　　其次,根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計方案,進行系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。利用DSP強大的運算能力,將主控模塊設(shè)計為基于DSP的嵌入式系統(tǒng),對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理,通過DSP與CPLD的硬件結(jié)合,設(shè)計人機界面。設(shè)計檢測模塊的信號調(diào)理電路,實現(xiàn)對

4、溫度、pH以及溶解氧傳感器的弱小信號采集,并通過MCU轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。并且對控制模塊的外部設(shè)備進行驅(qū)動,實現(xiàn)升降溫控制、加酸加堿控制、補料控制、攪拌控制、光照控制,設(shè)計CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用層的通信協(xié)議,通過Code Composer Studio、Keil uVision4等集成開發(fā)環(huán)境進行軟件開發(fā)。
　　最后,系統(tǒng)進行調(diào)試,通過測控系統(tǒng)實現(xiàn)完整的生物培養(yǎng)過程,來對系統(tǒng)進行整體測試,在此基礎(chǔ)上,以畢赤酵母、螺旋藻為例,開展