论文范文网-权威专业免费论文范文资源下载门户!
当前位置:毕业论文格式范文>专科论文>范文阅读
快捷分类:

关于ATmega16论文范文 基于ATmega16的PCR仪温度控制系统设计相关论文写作参考文献

分类:专科论文 原创主题:ATmega16论文 更新时间:2024-02-19

基于ATmega16的PCR仪温度控制系统设计是关于对写作ATmega16论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文ATmega16论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。

【摘 要】本文阐述设计一套控制效果好、体积小、成本低的PCR仪热循环温度控制系统,该系统整体设计经济性好、控制效果佳,可为国内PCR仪的发展应用提供一定的科研价值.

【关键词】PCR仪 温度控制 ATmage16单片机 自适应模糊PID算法

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889(2017)05C-0187-04

PCR(Polymerase Chain Reaction)是在生物技术和医学领域应用得比较广泛的一种基因扩增仪.它是在体外利用DNA聚合酶、一对引物和四种dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)对模板DNA进行多次复制而得到大量基因产物的过程.PCR技术是生物医学领域中的一次重大革命,它使生物医学研究从整体水平和细胞水平发展到分子水平.现在该技术主要应用在病原体检测、基因表达、突变和多态性等方面.然而受到温度控制精度的影响,国内的PCR仪发展水平远落后于发达国家,目前我国的PCR仪主要是从国外购买,同时由于高因素的制约,大多只能应用于较大医院的医疗系统或是较好的高等院校、研究院等科研单位进行拆解研究,没有满足国内市场的需求.

PCR仪的核心技术是能够实现快速、精确的温度控制,从而完成多次热循环以达到基因擴增的目的,其主要包括变性、退火和延伸三个基本反应步骤.变性就是将温度加热到95℃左右时模板DNA解离成为单链DNA的过程.变性环节结束后进入退火步骤,此时温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列进行互补配对结合.将温度调节至72?C左右时,Taq DNA聚合酶从引物起始进行延伸,得到一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链.重复循环变性—退火—延伸三个反应步骤就可以得到几万甚至几百万倍的目的基因产物.PCR扩增过程的循环工作曲线图和DNA复制过程如图1所示.

本文设计一套以ATmega16为核心的温度控制系统,系统利用半导体加热制冷片进行加热制冷,通过控制风扇的开关进行散热降温,采用自适应模糊PID控制算法进行温度控制.该系统整体设计方案原理比较简单,功耗低,控制效果好,实用性强,对推动国内PCR仪市场的发展有一定科研价值.

一、系统总体设计方案

该PCR仪温度控制系统的设计分为硬件电路和软件两部分.硬件电路主要包括主控制电路模块、温度信号处理模块、温度调节模块以及人机交互界面等,系统硬件电路总体设计如图2所示.

主控制电路模块由处理能力极强的ATmage16单片机最小系统、电源电路和报警电路等部分组成,作为PCR仪整个控制系统的核心,它的主要功能是处理输入输出的数字温度信号,并进行反馈控制调节系统温度.信号处理模块主要是对温度信号进行滤波、调零、放大以及A/D转换等处理.温度调节模块主要包括驱动电路和加热/制冷电路.单片机接收到传感器感应到的温度信号后,进行计算比较,然后输出相应的脉宽调制波(PMW)驱动半导体加热或启动风扇降温,从而控制PCR仪温度的变化.人机交互界面由键盘和液晶显示两部分构成,用来输入各种实验的参数或显示工作时的温度变化情况等,以便用户可以更好地进行操作和观察.

软件部分采用模块化结构设计,主要包括初始化程序、温度控制程序、温度信号采集处理程序、键盘扫描电路和按键处理程序、超温报警程序等.在控制算法的选择上,该设计主要采取了自适应模糊PID控制算法,也就是将PID控制和模糊控制结合起来使用,当采集到的当前温度与预设温度相差较大时,采用模糊控制,已经接近预设温度时就转换成PID控制,并通过预先编写程序来实现两种控制算法的转换.

二、硬件电路设计

(一)ATmega16主控电路

ATmega16单片机是增强型的8位微控制器,它的特点是功耗低、指令为单时钟周期以及可以直接驱动LED和继电器,处理数据的能力可以达到1mps/mhz.

本文采用ATmega16单片机作为PCR仪的主控制器,可以很好地缓解PCR仪温控系统在功耗和温度调节速度之间的矛盾.

ATmega16芯片的A端口(PA0-PA7引脚)主要作为模拟输入端,端口B、端口C和端口D都是8位双向I/O口.在该系统中,P4.7(RST1)为复位脚,与总开关S相连;PA4-PA7引脚连接到键盘,用于将键入的模拟信号转换成数字控制信号;PB0、PB1、PB4和PA0引脚分别连到反相器7406的3、5、9、13号引脚,实现逻辑数字的输入功能;PB2和PB3与四组二输入逻辑与门7408芯片的12和13号引脚相连再接到风扇的开关电路,用来控制电风扇的开关;PB5、PB6、PB7分别与A/D7705S转换器的I/O引脚和SCKL引脚连接,作用是将数字信号传送到单片机中.PC2-PC5引脚连接到JTAG接口,用于芯片内部测试;PD4-PD7、PC0、PC1与液晶显示屏连接,用于显示操作选择、键盘输入的参数以及PCR仪运行情况等;XTAL1/XTAL2引脚和晶振、电容器件组成时钟电路,向主控制器提供基准频率.

(二)电源电路

电源模块主要是给ATmage16单片机、AD623、蜂鸣器、数码显示逻辑电路等提供5V的直流电压,为IR110芯片、MOET管提供12V的工作电压.该系统的电源模块采用降压开关型集成稳压器LM2576,电源电路如图3所示,其稳定电压为5V,它工作的方式只有两种,一是处于完全导通状态,此时大电流流过低导通电压的开关管;另一种则是完全截止状态,开关管完全没有电流经过.同时,该稳压器除了内含固定的频率振荡器和基准稳压器之外,还具有电流限制和热关断电路等保护功能,只需要极少的器件,就可以组成高效的电源稳压电路.因而,利用该器件可以在一定程度上减小例如PCR仪的体积,节约了成本.

总结:关于免费ATmega16论文范文在这里免费下载与阅读,为您的ATmega16相关论文写作提供资料。

参考文献:

1、 基于单片机温度控制系统设计 摘要:当前,我国的单片机的温度控制系统在进行设计时,对温度控制系统的设计研究并不是很深化,但是对于单片机而言,其温度控制系统在进行设计时,能够影。

2、 基于PLC的空调温度控制系统的设计 【摘要】目前中央空调已经广泛应用于各类建筑,在传统的设计中,中央空调根据最大负荷外加一定裕量设计,无论季节、气候等怎样变化,中央空调都始终在工频。

3、 工程建设安全控制系统设计和应用 摘 要:当前,我国经济正处于一个快速发展的阶段,同时我国的城市化进程也逐渐加快,各项工程建设也得到了快速的发展。但是,由于种种原因造成工程建设安。

4、 步进式热处理炉燃烧控制系统设计丛 摘 要:本文通过对几种燃烧控制方式的分析比较,设计一种较为理想的步进式热处理炉燃烧控制系统,并对燃烧过程中的炉膛氧含量、炉压的控制进行进行分析、。

5、 筑路工程滚筒式沥青混合料拌合机微机控制系统设计 【摘 要】微机控制搅拌机滚筒式沥青混合料是筑路机械在我国的发展方向。与强制混合装置相比,混合微机控制设备具有结构简单、使用效果好、维护成本低,移。

6、 关于生产流水线电气控制系统设计 摘要:本文设计了基于PLC的生产流水线电气控制系统,这种集变频启动、PLC、现代控制理论于一体的新型流水线自动控制系统,通过程序设计实现智能控制。