基于LPC2148的二氧化碳培养箱智能监控系统优化设计

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本文设计的二氧化碳培养箱智能监控系统是一个以多种传感器为检测手段,结合了数据处理,参数显示,用户设置的多功能系统。它可与上位机通讯,也可自身存储实验数据,通过自身的动态调节保持相对静态的平衡。传统的二氧化碳培养箱的温度控制精度一般在±1℃,而且显示温度一般和检测温度并没有同步,出现延时滞后,就容易出现温度控制不稳定的情况。如果需要显示精度要达到0.1℃,显然这样的传统的控制方法是不够的。另外传统的培养箱在从当前环境温度上升到设定的温度时,消耗时间长,而且经常有过冲的情况(即短时超过设定温度),这样对于实验室非常不利的,这说明了对于系统控制加热的PID算法是不够合理的。理想的加热曲线是初期能够迅速上升,后期能够缓慢接近设定温度,并且不过冲。本文设计的培养箱硬件设计分为三块,主控板,显示板,和传感器板,它们之间的通讯方式使用了RS485通讯。外部EEPROM,环境温度传感器则使用I2C的通讯方式,可保证系统长时间稳定可靠的运行。软件部分对加热PID控制算法进行了改进,移植了emWin显示驱动,并进行了LCD显示UI设计。稳定的二氧化碳浓度是成功培养细胞的重要因素,精确可靠的温控系统是培养箱不可缺少的重要部分。同时保持培养箱内的高湿度,这样相当于模拟生物体内的物理环境,以便组织细胞生长。为了弥补TCD二氧化碳传感器使用时间过长后会老化漂移的问题,本文设计了AUTO-ZERO技术来校准二氧化碳传感器的零点漂移,保证对箱内CO2浓度的精确控制。因为TCD传感器在工作一段时间后都会产生零点漂移现象,会导致箱内二氧化碳不能稳定在设定值。只有定期对二氧化碳浓度传感器进行零点校准,才能确保箱内CO2浓度的真实性和准确性。成功的培养细胞除了需要精确的温度控制、CO2浓度控制和湿度控制外,另一个重要的要素就是对箱内污染的控制及消毒灭菌。采用90℃高温湿热消毒技术来定期对箱内进行彻底的消毒灭菌,此技术能对箱内有害微生物进行绝大本分的杀灭,且在消毒灭菌期间不需要取出CO2浓度传感器、温度传感器、风扇等,避免了二次污染,确保消毒灭菌的彻底性。
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