微孔計數(shù)器信號采集及溫度控制系統(tǒng)設計.pdf

1、由于庫爾特原理能夠?qū)腆w微粒和生物細胞的尺寸及數(shù)目進行精確測量，因而被廣泛應用于科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中。目前采用該原理進行DNA序列快速和精確測量的研究已經(jīng)成為DNA測序領域的研究熱點。
　　本文根據(jù)庫爾特原理，對搭建微孔計數(shù)器做初步探索。其中信號采集系統(tǒng)是構建庫爾特計數(shù)器的關鍵部分，本文以Altera公司的Cyclone IV系列FPGA作為信號采集系統(tǒng)的控制核心，前端配合信號調(diào)理電路和 A/D轉換電路實現(xiàn)對信號的采集，并通過對

2、USB2.0控制芯片的操作實現(xiàn)了與上位機的USB通信，從而構成了一套完整的信號采集和傳輸系統(tǒng)。之后利用自行設計加工的腔體和微孔來進行基準信號實驗，并利用信號發(fā)生器產(chǎn)生1MHz方波信號模擬實際脈沖信號。最后的實驗結果表明信號采集系統(tǒng)誤差小于1％，能夠?qū)崿F(xiàn)1MHz方波信號的采集，符合設計要求。
　　同時，為了研究溫度對微孔計數(shù)器的檢測精度的影響規(guī)律，設計了一種基于ARM和LabVIEW的高精度溫度控制系統(tǒng)。溫控系統(tǒng)以意法半導體公司的S

3、TM32系列ARM為核心，前后端分別設計基于Pt100溫度傳感器的溫度信號采集模塊和基于MAX1968控制器的溫度控制執(zhí)行模塊，系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行增量式PID控制算法，并通過串口實現(xiàn)與上位機的通信。上位機通過LabVIEW實現(xiàn)溫度曲線的實時顯示以及PID參數(shù)的在線整定等。最后對裝置進行了實驗測試，包括穩(wěn)定性測試，溫控范圍測試以及動態(tài)響應測試等。測試結果表明裝置在15℃到45℃范圍內(nèi)溫度控制精度可達到±0.3℃，且具有魯棒性強、響應時間短和超調(diào)小