植物细胞力学微小压力加载测量实验控制装置的研究

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1、植物细胞力学微小压力加载测量实验控制装置的研究摘　要　在一些生物实验中,需要对培养细胞的琼脂施加一个恒定的微小压力,以保持细胞的活性。为此,研制了一种用于植物细胞力学加载实验的微小压力测量控制装置,本文系统地介绍了该测量装置的结构及控制系统的设计。实验结果表明:该装置达到预期效果,值得推广应用。1　系统总体结构该系统由微压测控仪、应变仪及机械装置3大部分组成。其中,微测控仪由数码显示、键盘、MCU、步进电机驱动装置等部分组成;键盘用于设定值的输入,数码显示部分用于对设定值和琼脂受压情况的显示。机械装置由四相步进电机、丝杆、弹簧、微压测量的传感器、施压档

2、板、工作平台等组成。系统结构总框图如图1所示。2　微压测量的传感器在测量对琼脂的压力时,由于对琼脂施加的压力值非常微小,大概在50mN～300mN的范围内,采用单臂方案效果不理想。为此,采用了应变片组成半桥电路来实现。其中,两片应变片对称地粘贴在铝制的圆柱上,两片温度补偿片贴在应变片附近的位置。为了提高灵敏度,采用了铝制的空心圆柱。空心圆柱由一块带内螺纹的滑块推动(如图2所示)。其工作原理是:将实验用的琼脂放在工作平台上,键盘设定所需要加载压力大小,通过MCU控制步进电机驱动装置,驱动步进电机转动、带动丝杆转动,驱使挡板在滑轨上往复滑动,从而实现对琼脂

3、施加载荷,经微压测量的传感器测量值输入到MCU对其进行AD采样后,根据测量值与设定值比较结果,通过驱动电路对步进电机做出相应的控制。3　控制部分设计控制部分采用片内集成10位AD转换器的16位单片机SPCE061A,这是凌阳科技推出μ’nSPTM系列产品之一。SPCE061A内嵌32K字的闪存(FLASH)。较高的处理速度(可达491152MHz)使μ’nSPTM能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号。SPCE061A内含7通道10位电压模-数转换器(ADC)和一个单通道的声音专用模-数转换器;2个10位DAC(数-模转换)输出通道;2个16位可编程定

4、时器/计数器(可自动预置初始计数值);具有低电压复位(LVR功能和低电压监测(LVD)功能;具有保密能力;具有WatchDog功能;内置在线仿真电路ICE(In2CircuitEmulator)接口,便于程序调试。311　SPCE061A最小系统及附属电路由于SPCE061A片内集成了10位AD转换器,精度和速度都满足本系统的要求,故在开发时不必再另外加接AD芯片及设计AD相关电路,简化了硬件构成,增加了系统的可靠性同时还降低了成本。SPCE061A的AD采样程序如下所示:voidgetAD(void){　unsignedintSTEP=0;　whil

5、e(!(3PADCMUXCtrl&0x8000));//等待直至AD转换完毕　STEP=3PADCLINEINData;　　//读数并开始下一次AD转换　AD=STEP&0xFFC0;}利用SPCE061A芯片内置的在线仿真电路ICE和凌阳公司的在线串行编程技术,EZ2PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下,通过5芯的仿真头分别连接到最小系统板的缓冲电路输入管脚和SPCE061A芯片相应管脚上实现在目标电路板上的CPU调试、运行用户编制的程序;另一头是标准25针打印机接口,直接连接到计算机打印口与上位机通讯。在计算机IDE集成开发环境软件包下完

6、成在线调试功能。利用EZ2PROBE的这种方式,便于程序调试,无须在线实时仿真器和程序烧写器,减少了开发费用。EZ2PROBE电路原理如图3所示。　　SPCE061A的工作电压为216～316V。本系统采用SPY0029稳压到313V为MCU供电,其电源电路原理图如图4所示。3.2　按键及显示部分本系统采用三个按键分别作为“+”“-”“确认”;3位七段数码管数值显示及电源、设定值LED指示。该部分原理如图5所示。数值显示程序如下:voiddisplayNnm(void)　　{　//显示百位　i=0x00F8&*P_IOB_Buffer;　i

7、=0x00

8、06;//位扫描　if(E==0)i

9、=0xFF00;　//带消隐功能　else　　i

10、=num[E];　*P_IOB_Data=i;　delay();　//显示十位　i=0x00F8&*P_IOB_Buffer;　i

11、=0x0005;//位扫描　i

12、=num[T];　*P_IOB_Data=i;　delay();　//显示个位,为0　i=0x00F8&*P_IOB_Buffer;//清零,保护键值　i

13、=0x0003;//位扫描　i

14、=num[0];　*P_IOB_Data=i;　delay();}//ENDvoiddisplayNnm(void)取

15、键值程序:key=0x0038&*P_IOB_Data;　　//取键值switch(key){