基于arm的新型生物发酵罐的设计.pdf

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1、务l匐矽出基于ARM的新型生物发酵罐的设计Newdesignofbio-fermentationtankbasedonARM吴晶WUJing(华南理工大学自动化学院，广州510641)摘要：传统生物发酵罐的自动控制系统主要是采用PLC+触摸屏模式，通过对控制系统的详细分析，本文尝试提出了一种新的设计方案一基于嵌入式LINUX~0ARM控制器的生物发酵罐。首先给出了系统总体框架，然后是对系统硬件进行设计，最后给出了系统软件设计思路。关键词：生物发酵罐，ARM，Linux，MiniGUI，CAN中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1009—013

2、4(2010)07—0114一O4Doi：10．3969／i．issn．1009-0134．2010．07．360引言输出以。上下与位机通信采用先进的快速的现场总线一cAN总线。系统层次分明，分工明确，各司随着生物工程的不断发展，生物制药出现了其职。如图1为总的系统框图。广阔的发展前景。目前，生物制药及其试验研究的装置主要是中小型的发酵罐，其控制系统主要2上位机硬件系统设计是根据经验设计的开关控制，调节合适控制参数嵌入式处理器$3C2410A是韩国SamSung公司的过程繁琐，控制性能较差，因此开发适用于工的一款基于ARM920T内核的16／32位RI

3、SC嵌入式业级的生物发酵控制系统具有重要的现实意义。微处理器，其内核频率可达200-266MHz，片上中小型的生物发酵罐控制器采用的是单片机或者资源非常丰富，可以简化外围电路设计，降低功PLC，软件开发调试环境繁琐，开发周期长，采用嵌耗。其低廉的价格、丰富的外设资源(PWM，8入式系统可以有效的解决这些问题，嵌入式系统具有通道10位精度ADC，4通道DMA控制器，I2C，友好的软件开发环境，联机调试方便，实时性好。SPI，24位真彩LCD控制器，USB等)。通过扩展1系统总体方案设计外围设备可满足系统要求。考虑到生物发酵过程是一个时变、非线性、2．1最

4、小系统设计不确定等多变量的耦合系统。生物发酵受发酵罐最小系统主要包括时钟电路，电源电路，复温度，发酵液的PH值，罐压，溶解氧(DO)等位电路及存储电路。时钟电路为控制器及外设提因素的影响。如采用单一控制器，那么硬件电路供时钟信号。电源设计采用两片LM1117系列低的设计复杂，控制任务多，加重可处理器负荷，压差直流稳压芯片将5V的直流供电电源分别转为降低运算速度。同时任务间耦合使得软件程序的编制非常复杂。经综合考虑后，本系统采用上下位机模式设计，上位机(S3C2410)移植了嵌入式Linux操作系统以及MiniGUI实现友好的人机交换界面，在线实时数据处

5、理，数据备份；下位机(S3C44B0)为发酵系统控制器主要完成数据采集、数字滤波、控制器计算、数字量图1系统总体框图收稿日期：2009-09-24作者简介：吴晶(1986一)，男，江西萍乡人，硕士，研究方向为嵌入式系统设计、智能控制技术。I114]第32卷第7期2010—7l匐化1．8v~n3．3V。复位电路采用可靠的看门狗复位。密闭式循环水浴温控系统，进水经过补水阀外扩SDRAM用于存放执行代码和变量，扩展进入加热室经可控硅电加热，热水流入发酵罐外NoRFlash存储器是使应用程序可以直接在Flash内壁夹套(这样可以使发酵罐受热均匀)，夹套中运行，

6、加快运行速度。冷水再进入加热室加热循环利用。采用进151PT1002．2通讯接口电路设计温度电极对温度信号采集，利用智能PID控制电加系统用到的通讯接口包括以太网接口，热过程既保证了温控的快速性又实现了节能过压JTAG，USB，串口。使用以太网接口从宿主机高保护，并进行过热保护及液位监测。上位机实时速下载内核有和文件系统映像。采用CS8900A以显示温度，及给定温度的设置。太网控制器，挂在$3C2410A的数据和地址总线上进行扩展。JTAG在系统中主要是用来程序的在线调试，以及U．Boot程序的烧写。USB接口用来外接u盘进行数据备份，防止数据因掉电丢

7、失。2．3触摸屏~ILCD接口设计$3C2410A有专门的LCD控制器，通过总线驱动芯片给LCD提供信号。本系统采用了电阻式触摸屏。电阻式触摸屏安装在LCD上，工作的实质是对X、Y两个方向电阻分压的测量，$3C2410片内集成了触摸屏控制器，用于控制四线电阻式触摸屏，按顺序完成x坐标点采集和Y坐标点采集。从而实现人机交互。2．4CAN节点的硬件电路设计CAN收发器选择SJA1000高速收发器。为了进一步提高系统的抗干扰能力，$3C2410与收发器SJA1000通过高速光耦6N137后与SJA1000)~H连。图2发酵系统简单示意图而且光耦部分电路所采用

8、的两个电源必须完全隔离；否则光耦也就失去了意义；所以电路增加了3．2PH自动控帝0DC—DC电