三气式摇床控制系统的制作方法

本发明涉及微生物培养设备技术领域，尤其是涉及一种三气式摇床控制系统。

背景技术：

生物恒温培养摇床也称为振荡器，是一种常用的实验室设备，属于生化仪器，是植物、生物、微生物、遗传、病毒、环保、医学等科研、教育和生产部门进行精密培养制备时不可缺少的实验室设备。其广泛用于对温度和振荡频率有较高要求的细菌培养、发酵、杂交、生物化学反应以及酶和组织研究等。随着恒温培养摇床应用领域的日益拓展，试验对摇床腔室内的气体含量与光照智能程度提出了更高的要求。

然而，现在市场上没有出现三气式摇床，也就是在控制温度、湿度、电机的同时对摇床箱内的氮气、二氧化碳、氧气进行含量控制，并且可以智能模拟外界的光照强度。

中国发明专利申请cn103614289a公开了一种用于微生物培养和菌种筛选的摇床，包括摇瓶、摇床底盘、震荡系统及微控制器，摇瓶至少一个，摇瓶的瓶口密封封盖，摇瓶安置于摇床底盘之上；微控制器通过震荡系统控制摇床底盘动作，进而带动摇瓶动作；摇瓶内伸入溶氧量传感器、ph传感器、反应生成物浓度传感器、两补料管；溶氧量传感器、ph传感器、反应生成物浓度传感器的外端均与微控制器电连接；两补料管的外端分别与一补料瓶连通，两补料瓶分别用于盛装酸液、碱液。

技术实现要素：

针对上述现有需求，本发明的目的是提供一种三气式摇床控制系统，它具有精确控制摇床腔室内各种气体含量和智能模拟光照强度的功能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：三气式摇床控制系统，包括主控芯片、温度控制装置和电机控制装置，所述温度控制装置、电机控制装置与主控芯片相连接，还包括co2控制装置、氮气控制装置、氧气控制装置、光照控制装置、湿度控制装置，

所述co2控制装置、氮气控制装置、氧气控制装置、光照控制装置、湿度控制装置都与主控芯片相连接。

优选的，所述湿度控制装置包括电压采样电路，所述光照控制装置也包括电压采样电路，所述电压采样电路通过双积分转换电路与主控芯片相连接。

优选的，所述电压采样电路包括电压输入端，所述电压输入端通过电阻r11与放大器u5的正极输入端相连接，所述放大器u5的正极输入端通过二极管d15与电容c12的并联电路与电源vcc相连接，所述放大器u5的正极输入端与电源vee之间反接二极管d16，所述放大器u5的正极输入端通过电阻r21接地；所述放大器u5的负极输入端通过电阻r12接地，所述放大器u5的负极输入端通过电阻r22与所述放大器u5的输出端相连接，所述放大器u5的输出端通过电阻r84与电压采样电路输出端相连接，所述电压采样电路输出端通过电阻r101与电源vcc相连接。

优选的，所述co2控制装置包括电流采样电路，所述氧气控制装置也包括电流采样电路，所述电流样电路通过双积分转换电路与主控芯片相连接。

优选的，所述电流采样电路包括电流输入端，所述电流输入端通过二极管d1与电源vcc相连接，所述电流输入端通过电阻r1接地，所述电流输入端通过电阻r6与放大器u1的正极输入端相连接，所述放大器u1的正极输入端通过二极管d2与电容c1的并联电路与电源vcc相连接，所述放大器u1的正极输入端与电源vee之间反接二极管d8，所述放大器u1的正极输入端通过电阻r18接地；所述放大器u1的负极输入端通过电阻r13接地，所述放大器u1的负极输入端通过电阻r25与所述放大器u1的输出端相连接，所述放大器u1的输出端通过电阻r81与电流采样电路输出端相连接，所述电流采样电路输出端通过电阻r98与电源vcc相连接。

优选的，所述双积分电路包括积分输入端，所述积分输入端通过电阻r136与积分器u1c的负极输入端相连接，所述积分器u1c的正极输入端接地；所述积分器u1c的输出端通过电容c38与积分器u1c的负极输入端相连接，所述积分器u1c的输出端通过电阻r137和二极管d17的并联电路接地，所述积分器u1c的输出端与所述积分器u1d的负极输入端，所述积分器u1d的正极输入端接地，所述积分器u1d的输出端通过电阻r139与主控芯片的端口p33相连接；所述主控芯片的端口p33通过电阻r138与电源vcc相连接，所述积分器u1d的正极输入端通过二极管d21与主控芯片的端口p33相连接。

优选的，所述co2控制装置、氮气控制装置和氧气控制装置都包括可控硅输出模块。

优选的，所述可控硅输出模块包括光耦可控硅u18，所述光耦可控硅u18的1号管脚与三极管q2的集电极相连接，所述三极管q2的发射极与电源vcc相连接，所述三极管q2的基极通过电阻r117与主控芯片的端口p21相连接；所述光耦可控硅u18的2号管脚通过电阻r91接地，所述光耦可控硅u18的6号管脚与可控硅tr5的控制极相连接，所述可控硅tr5的阴极通过电阻r127与可控硅tr5的控制极相连接，所述可控硅tr5的阳极通过电阻r121与光耦可控硅u18的4号管脚相连接；所述控硅tr5的阳极与阴极之间并联电阻r131，所述电阻r131两端并联电容c40与电阻r141的串联电路。

优选的，所述温度控制装置和湿度控制装置都包括继电器输出模块。

优选的，所述继电器输出模块包括光耦u15，所述光耦u15的1号管脚通过电阻r5与主控芯片的端口rd3相连接，所述光耦u15的2号管脚接地；所述光耦u15的4号管脚与12v电源相连接，所述光耦u15的4号管脚与继电器k2的1号管脚相连接；所述光耦u15的4号管脚与继电器k2的2号管脚之间反接二极管d19；所述光耦u15的3号管脚通过电阻r20与三极管q3的基极相连接，所述三极管q3的集电极与继电器k2的2号管脚相连接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的基极与发射极之间连接有电阻r21。

本发明提出了一种新型摇床控制系统：主控芯片和各个控制程序组成控制中心，进而对各个装置进行控制，实现对摇床腔室内二氧化碳、氮气、氧气三种气体的含量控制，使样品能在更加良好的环境中培养；并且光照控制程序分为手动控制光照和自动控制光照，自动控制光照强度可以让系统智能的根据时间段来进行光照强度的相应变化，使整个系统更加智能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的实施例的三气式摇床系统示意图；

图2是本发明实施例的1～4v采样电路原理图。

图3是本发明实施例的4～20ma采样电路原理图。

图4是本发明实施例的伺服控制电流检测原理图。

图5是本发明实施例的伺服电机控制原理图。

图6是本发明实施例的光照输出原理图。

图7是本发明实施例的可控硅输出原理图。

图8是本发明实施例的继电器输出原理图。

图9是本发明实施例的双积分转换电路原理图。

图中：

101、主控芯片；

210、co2控制装置，220、氮气控制装置，230、氧气控制装置，240、光照控制装置，250、温度控制装置，260、湿度控制装置，270、电机控制装置。

具体实施方式

实施例，见图1和图2所示：三气式摇床控制系统，包括主控芯片101、co2控制装置210、氮气控制装置220、氧气控制装置230、光照控制装置240、温度控制装置250、湿度控制装置260、电机控制装置270。

其中：

所述co2控制装置210、氮气控制装置220、氧气控制装置230、光照控制装置240、温度控制装置250、温度控制装置260、电机控制装置270都与主控芯片101相连接。主控芯片101分别负责控制相应的装置，实现对整个系统中的co2浓度、氮气浓度、氧气浓度、光照强度、温度、湿度和电机的精确控制。当co2浓度偏高或氧气浓度偏高时，主控芯片101将控制氮气充入腔体，随后进行co2和氧气的pid控制，最终使co2浓度和氧气浓度达到预设值。

优选的，所述湿度控制装置包括电压采样电路，所述光照控制装置也包括电压采样电路，所述电压采样电路通过双积分转换电路与主控芯片相连接。如图2所示，所述电压采样电路包括电压输入端，所述电压输入端通过电阻r11与放大器u5的正极输入端相连接，所述放大器u5的正极输入端通过二极管d15与电容c12的并联电路与电源vcc相连接，所述放大器u5的正极输入端与电源vee之间反接二极管d16，所述放大器u5的正极输入端通过电阻r21接地；所述放大器u5的负极输入端通过电阻r12接地，所述放大器u5的负极输入端通过电阻r22与所述放大器u5的输出端相连接，所述放大器u5的输出端通过电阻r84与电压采样电路输出端相连接，所述电压采样电路输出端通过电阻r101与电源vcc相连接。如图9所示，所述双积分电路包括积分输入端，所述积分输入端通过电阻r136与积分器u1c的负极输入端相连接，所述积分器u1c的正极输入端接地；所述积分器u1c的输出端通过电容c38与积分器u1c的负极输入端相连接，所述积分器u1c的输出端通过电阻r137和二极管d17的并联电路接地，所述积分器u1c的输出端与所述积分器u1d的负极输入端，所述积分器u1d的正极输入端接地，所述积分器u1d的输出端通过电阻r139与主控芯片101的端口p33相连接；所述主控芯片101的端口p33通过电阻r138与电源vcc相连接，所述积分器u1d的正极输入端通过二极管d21与主控芯片101的端口p33相连接。该采样电路将传感器输入的电压信号转化为可供双积分电路转换的电压，从而通过双积分转换电路将其从电压信号转化为模拟量信号，最终模拟量信号经过程序的处理而获得测量数值。

优选的，所述co2控制装置包括电流采样电路，所述氧气控制装置也包括电流采样电路，所述电流采样电路通过双积分转换电路与主控芯片相连接。如图3所示，所述电流采样电路包括电流输入端，所述电流输入端通过二极管d1与电源vcc相连接，所述电流输入端通过电阻r1接地，所述电流输入端通过电阻r6与放大器u1的正极输入端相连接，所述放大器u1的正极输入端通过二极管d2与电容c1的并联电路与电源vcc相连接，所述放大器u1的正极输入端与电源vee之间反接二极管d8，所述放大器u1的正极输入端通过电阻r18接地；所述放大器u1的负极输入端通过电阻r13接地，所述放大器u1的负极输入端通过电阻r25与所述放大器u1的输出端相连接，所述放大器u1的输出端通过电阻r81与电流采样电路输出端相连接，所述电流采样电路输出端通过电阻r98与电源vcc相连接。电流采样电路采用的双积分转换电路与电压采样电路相同，该电路首先将4～20ma的电流信号转化为电压信号，再进行双积分转换而生成模拟量信号，最终获得co2和氧气浓度的测量。

图4和图5是实例中电流采样电路370和电机控制装置270原理图，有着电机转速大范围可调，运行稳定、安全、可靠的特性。

图6是实施例中的光照输出原理图，主要通过使用io口输出的pwm方波来调节电压的值，再通过电压来调节光照强度，光照控制程序105分为手动控制光照和自动控制光照，手动控制光照即用户自己设置光照强度，光照控制装置240根据用户所设置的设定值进行光照强度的改变，自动控制光照即是让光照控制程序自动根据不同时段模拟一天的光照强度变化。

优选的，所述co2控制装置、氮气控制装置和氧气控制装置都包括可控硅输出模块，所述温度控制装置和湿度控制装置都包括继电器输出模块。图7和图8所示分别是两种输出方式，一种为可控硅输出，一种为继电器输出，本实例中co2控制装置210、氮气控制装置220、氧气控制装置230采用了可控硅输出方式，实现高频通断；而温度控制装置250、湿度控制装置260则采用了继电器输出方式，更加安全。其中，如图7所示，所述可控硅输出模块包括光耦可控硅u18，所述光耦可控硅u18的1号管脚与三极管q2的集电极相连接，所述三极管q2的发射极与电源vcc相连接，所述三极管q2的基极通过电阻r117与主控芯片101的端口p21相连接；所述光耦可控硅u18的2号管脚通过电阻r91接地，所述光耦可控硅u18的6号管脚与可控硅tr5的控制极相连接，所述可控硅tr5的阴极通过电阻r127与可控硅tr5的控制极相连接，所述可控硅tr5的阳极通过电阻r121与光耦可控硅u18的4号管脚相连接；所述控硅tr5的阳极与阴极之间并联电阻r131，所述电阻r131两端并联电容c40与电阻r141的串联电路。如图8所示，所述继电器输出模块包括光耦u15，所述光耦u15的1号管脚通过电阻r5与主控芯片101的端口rd3相连接，所述光耦u15的2号管脚接地；所述光耦u15的4号管脚与12v电源相连接，所述光耦u15的4号管脚与继电器k2的1号管脚相连接；所述光耦u15的4号管脚与继电器k2的2号管脚之间反接二极管d19；所述光耦u15的3号管脚通过电阻r20与三极管q3的基极相连接，所述三极管q3的集电极与继电器k2的2号管脚相连接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的基极与发射极之间连接有电阻r21。

综上所述，本发明提出了一种新型三气式摇床控制系统，实现对co2、氧气、氮气的控制，并且可以模拟光照，使得整个摇床控制器更加完善和智能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。