生化仪智能温度控制系统设计【字数：10779】
生化仪智能温度控制系统设计[160515137118461]
摘 要近年来，生化仪被越来越多的用于检验与分析人体化学物质，在临床方面，为疾病的诊判、医治、预防和健康状态提供了信息依据。因此生化仪在各级医院、防疫站、计划生育服务站起着十分重要的作用，所以提高生化仪测量速度、提升测量准确性成为了当务之急。本生化仪智能温度控制系统的设计，将采用水浴加热的方式并达到恒温效果，用单片机对实时温度进行检测控制，采用这种方法测温准确并且测量范围也比较广，同时读数也简便，主要会用在对测温比较准确的地方。该设计控制器使用ATMEGA328P芯片，NTC热电偶作为测温传感器，用LCD1602通过串口传送数据，实现温度显示，能准确达到设计要求。软件上将在Arduino平台上编写程序，用增量式PID算法对采集到的数据进行处理，从而对PWM波的占空比进行控制，最后达到恒温控制的目的，温度范围将控制在37±0.5℃。目录
1. 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 生化仪主要温控方式 1
1.3 对环境及社会可持续发展的影响 2
1.4 课题的研究内容 2
1.5 本章小结 3
2. 系统的总体设计方案 4
2.1 系统设计的功能要求 4
2.2 系统设计的思路 4
2.3 总体设计方案的选择 5
2.3.1 控制器的选择 5
2.3.2 传感器的选择 5
2.3.3 显示器的选择 6
2.4 本章小结 6
3. 系统的硬件电路设计 7
3.1 主控模块设计 7
3.2 温度采集模块设计 8
3.3 恒温控制模块设计 9
3.4 液晶显示模块设计 9
3.5 键盘模块设计 10
3.6 本章小结 10
4. 系统的软件设计 11
4.1 系统软件的总体设计 11
4.2 PID控制算法 11
4.3 PWM程序的设计 12
4.4 本章小结 14
5. 系统调试结果及分析 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
5
5.1 系统的软件调试 16
5.2 系统的硬件调试 16
5.3 调试结果与问题分析 18
5.4 本章小结 19
6. 总结与展望 20
6.1 总结 20
6.2 展望 20
参考文献 21
致谢 22
附录1 23
附录2 27
绪论
1.1 课题的研究背景及意义
生化分析仪，通常被称为生化仪，是通过使用光电比色原理测量体液中特定化学成分的仪器。它具有测量速度快，准确度高和试剂消耗低的特点，已广泛应用于各级的医院，计划生育服务站以及防疫站使用。
由于生化反应过程中反应结果受温度影响很大，所以最后的检测结果将会受到恒温系统准确度与灵敏度的影响。通过空气浴加热的方式是最早的生化分析仪，后来演变成为恒温液体循环间接加热干浴，结合了干燥空气浴和水浴的优点。恒温液体具有大容量，良好的热稳定性和均匀性，与比色皿中的恒温液体的直接接触克服了空气浴加热中的不均匀性和不稳定性的缺点。
自动生化分析仪的分类方法多式多样，比如按照其反应装置的结构可将自动生化分析仪分为流动式和分立式两种类型。流动式的是将各类测试项目相同的被测样品在同一管道流动中与试剂混合后产生化学反应，这种方式会出现比较严重的交叉污染的情况，所以检测的结果也并不完全可靠，因此这种方式已被淘汰。而分立式是在独立的反应器皿中将被测样品与试剂混合反应，杜绝了交叉感染现象，结果相对可靠。
1.2 生化仪主要温控方式
如今，生化分析仪中运用的温度控制方法有五种主要类型：空气浴，水浴，恒温浴，固体干浴和帕尔贴效应片。
（1）空气浴加热
空气浴使用热空气加热比色皿中的液体，并且通过保持隔热容器中的空气温度来稳定比色皿中液体的温度。
（2）水浴加热
水浴是类似于空气浴的，反应杯中的液体被水加热，并且通过保持水温的温度稳定性而达到液体温度稳定的效果。然而，加热效果比空气浴加热更均匀和稳定。
（3）恒温液浴加热
恒温液浴采用特殊的恒温液体，是一种高热容量，蓄热能力较强且无腐蚀性的液体。比色皿和恒温流体之间存在一定的气隙，所以他们不直接接触。
（4）固体干浴加热
固体干浴直接用石墨比色皿中的液体加热具有良好导热性的金属，例如铜或铝。
（5）帕尔贴效应片加热
帕尔贴效应膜是一种广泛使用的温度控制方法。该温度控制方法利用帕尔贴效应并利用PN热电偶来利用帕尔贴效应板的热端和冷端进行加热和冷却。调节电耦合器的工作电压使帕尔贴效应片（热电冷却器）在不同的热端温度下保持恒定的冷端温度。
生化分析仪本身具有许多功能，因此在温度控制系统中添加太多额外的设备会显得过于繁琐，因此固体干浴不适合这种设计。同时，帕尔贴效应薄膜一次只能控制一个样品，工作效率太低，无法满足生化分析仪同时分析多个样品的需要。因此，这种设计使用水浴加热。
1.3 对环境及社会可持续发展的影响
生化分析仪是医学上用于分析体液中化学成分的仪器，可以通过对体液的分析使得医护人员对被检测者的身体状况有所了解，因此，若这种仪器可以得到推广，便能极大程度的提高医护人员的工作效率以及诊断的可靠性。同时，本着人与自然和谐相处的思想，本课题采用的研究方法以及所用器材都是经过对比筛选出来的，力争用最小的成本，在保证对环境无害的情况下，实现本次课题所要达到的要求。
1.4 课题的研究内容
生化分析仪的温度控制系统是本文研究的主要内容，因为被测样品和试剂只能在特定温度（37±0.5°C）下进行测试，以获得准确的医学参考数据，因此恒温系统对生化分析仪的组成起着至关重要的作用。
本生化仪智能温度控制系统是采用ATMEGA328P芯片作为主控制系统，NTC热电偶为温度传感器，LCD1602液晶显示屏作为显示器件来设计的，温度测量范围0到99.9摄氏度，精度为0.1摄氏度，所以本次设计具有温度测量范围广并且测量精度高的特点。本设计首先将通过温度传感器采集实时温度，并将实时温度与设定温度相比较，若实时温度低于设定温度，则开始加热，同时根据温度传感器采集到的温度与设定温度所产生的温差来调节占空比，温差越小，则占空比越小，当温差为零时，占空比也为零，当实时温度与设定温度有细微变化时，则增加占空比进行加热，形成闭环控制。除此之外，还放置了三个按键，分别为设置按键、温度升高键和温度降低键，通过这三个按键可设置上下限温度控制范围。本次设计主要分为四个步骤：
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