基于dsp的阵列培养仪参数测量系统

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1、上海交通大学硕士学位论文基于DSP的阵列培养仪参数测量系统硕士研究生：徐凯学号：1120209318导师：苗玉彬副教授申请学位：专业硕士学科：机械工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterTHEMEASURINGSYSTEMOFARRYCULTUREBASEDONDSPCandidate：XuKaiStudentID:1120209318Superviso

2、r：Prof.YubinMiaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文基于DSP的阵列培养仪参数测试系统摘要微生物培养是生物工程领域基础研究和临床应用研究中广泛

3、应用的一项实验技术。由于培养过程周期较长，并且涉及到微生物结构、功能以及与环境的交互作用等因素，对培养仪的环控、运控参数要求较为苛刻，这些参数包括温湿度、光照强度、OD溶氧浓度值（反映通气效率和氧传递效率）、转速和振幅（影响微生物与培养基的混合效果）等，以及影响培养仪运行稳定性的动平衡量。其中高通量阵列培养仪因为结构限制，目前市场上的多数产品缺乏较高精度的测量手段，运行实测值远低于标称值，尤其是OD测量只能以离线方式完成，动平衡也较少考虑，大大影响了高扰动状态下的实际应用效果。为此本文着重研究了高扰动状态下对阵列式高通量培养仪环境

4、参数及运动参数的在线测量方法，主要围绕各参数的功能需求分析、测量方法设计、高精度测量电路设计，测量系统相关软件开发和利用该测量系统对阵列培养仪的数据测量与分析几个方面展开。首先，分析微生物阵列培养仪测量需求，根据测量范围与测量精度等具体要求，设计开发相关测试系统的相关测量电路，包括传感器选型与调理电路设计等。并且根据实际实验的需要搭建试验箱与试验台以模拟培养仪运行环境。根据实际测量条件，采用单面动平衡算法测量动平衡，并且为了减小频谱泄漏带来的影响和减小F2808芯片的运算量，采用整周期采样法提取加速度信号。然后，根据实际的测量条件

5、与要求，开发基于LabVIEW的参数测量的上位机系统，实现对温度、湿度、光照、转速、振幅和动平衡量的实时动态显示，并可以自动存储和回放历史数据。最后，在课题组研发的阵列培养仪样机内进行现场测量与数据分I上海交通大学硕士学位论文析研究。分别测量了温度、光照的不均匀性和培养仪内湿度变化，转速与振幅变化以及动平衡量大小。通过对测量数据的分析有助于了解产生这些变化的原因，为后续改进设计提供了依据。本文所设计开发的高通量阵列培养仪参数测量系统，提高了微生物阵列培养仪的培养质量，对其他场合下的环境量与运动量测量具有一定的参考价值，同时对推动微

6、生物学及组织培养的发展也有一定的帮助。关键词：阵列培养仪，温度测量，整周期采样，数字信号处理器II上海交通大学硕士学位论文THEMEASURINGSYSTEMOFARRYCULTURESYSTEMBASEDONDSPABSTRACTMicrobialcultureisawidelyusedexperimentaltechniqueforbasicresearchandclinicalresearchinthefieldofbioengineeringwidelyused.Astheculturingprocessisquitelo

7、ng,anditinvolvesthemicrobialstructure,functionandtheinteractionwiththeenvironment,theculturingprocessneedstrictlycontrollingoftheenvironmentalparametersanddynamicparameters.Theseparametersincludetemperature,humidity,lightintensity,ODdissolvedoxygenvalue(theODdissolved

8、oxygenvaluereflectstheventilatorefficiencyandoxygentransferringefficiency),rotationalspeedandamplitude(theamplitudeinfluence