生物酶膜反应器实时监控系统EnzymaticMembran.pdf

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1、生物酶膜反应器实时监控系统张旭,何明霞,杨学友（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072）摘要：介绍了基于单片机PIC18F448、按照RS485总线协议构建而成的生物酶膜反应器实时监控系统，描述了该系统的组成和基本工作原理，并对系统的硬件设计和软件设计作了较为详细的说明。实际应用证明，该系统工作性能稳定可靠，解决了传统设备在生产过程中控制精度低、自动化程度差的问题，实现了测控技术与生化工程的良好结合。关键词：生物酶膜反应器；PIC18F448；实时监控；RS485总线中图分类号：TP273EnzymaticMembraneReactorRealtimeMonito

2、ringSystemZhangXu,HeMingxia,YangXueyou(PrecisionInstruments&TechnologyCollegeofTianjinUniversity,Tianjin,300072)Abstract:EnzymaticmembranereactorrealtimemonitoringsystembasedonthemicrocontrollerPIC18F448andRS485busisintroduced,andthestructureandprincipleofthesystemispresented,andthedesignofsoft

3、wareandhardwareisalsodescribed.Throughactualappliedproof,thesystem’sfunctionisstableandcredible．Theproblemthattraditionalequipmentisinlowprecisionandlowautomatizationinthemanufacturingprocessissolved.Thissystemisthecombinationofthemeasurementandcontroltechnologywiththebiochemistryengineering.Ke

4、ywords:Enzymaticmembranereactor；PIC18F448；Realtimemonitoring；RS485bus本文所介绍的生物酶膜反应器实时监控系统，是0引言以微芯公司的单片机PIC18F448作为测控电路的核心，随着生物化学工程和膜技术的不断发展，酶膜反并按照RS485总线协议而构建而成的，实现了对多个应器成为近年来研究的一个重要领域。酶膜反应器是反应容器内反应环境等参数进行设定、测量、控制及反应与分离耦合的装置，集产品分离、纯化和酶的回记录。收利用于一体，可实现连续化操作[1]。由于温度和pH1系统组成及基本工作原理值对酶的活性影响较大，酶的活性对反应

5、的速度和反整个系统是由一台上位机和多个独立的酶膜反应产物的品质影响较大，同时要求酶膜耦合反应器长应器测控节点共同组成的实时监控网络。时间连续工作，而传统的设备难以保证对温度、pH值上位机从RS485总线上接收测量数据，发送控制等反应条件的控制精度，并且自动化程度差[2],因此实指令。每个酶膜反应器主要由反应釜、膜过滤器及回现对酶膜反应器内反应物的温度、pH值和体积的自动流装置和控制箱构成。反应釜带有搅拌装置和附有电测量与控制是非常必要的。热管的夹套；膜过滤器及回流装置实现反应产物的析______________________出及反应物的循环回流；控制箱的核心部分是基于PIC18F4

6、48的主控电路，实现对传感器信号的采集处理、对电热管及电磁阀等执行元件的控制和与计算机等。之间进行通讯。下图1为酶膜反应器的结构简图。PIC18F448采用哈佛总线结构，精简指令技术，运算速度高，内部集成功能多，外接电路简单，可方便地应用于各种控制网络。PIC18F448的突出特点有：内部集成10bit、8channelA/D转换模块；内部集成USART通讯模块，支持RS485通讯协议；内部集成MSSP通讯模块，具有IIC、SPI通讯接口；16KbyteFLASH存储器，768byteRAM存储器，256byte数据EEPROM存储器；内置看门狗电路等[3]。温度、pH、液位传感器分

7、别将反应釜内反应物的温度、pH值、体积信息转换成420mA电流信号，经过处理电路进行滤波放大转换成05V电压信号，称重图1酶膜反应器结构简图传感器、紫外检测仪分别将反应得到的产物的重量、图中，1－反应釜，2－超滤膜，3－原液罐，4－碱液罐，6－压蛋白质吸光度信息直接转换成电压信号，经过滤波放力表，7－搅拌装置，8－手动阀，10－蠕动泵，10、11－交流、直流电磁阀，12－电热管，13－夹套，14、15、16－温度、pH、大转换成05V信号，以上五路信号再通