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随着社会的快速发展,以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术广泛应用于医药、食品、环境、海洋和能源等多个领域,并且显示巨大的发展潜力。因此,人们对生物技术展开了大量的研究,相关研究人员从生物反应过程入手,来寻找获取提高生物过程代谢产物的方法,从而将实验室的研究逐步转向工业生产。因此,生物反应器的测控系统的研究成为现今社会研究重点之一。本文根据生物过程的实际需要,以复杂的生物反应过程为主线,设计了一套基于DSP的嵌入式生物过程在线测控系统,来满足不同生物反应过程的需求。本论文的内容主要包括:首先,通过阅读相关的文献,完成从对生物技术的初步认识到对生物反应过程的深入理解,分析现有生物反应器的测控系统研究情况,归纳总结生物反应器测控系统的需求。根据生物过程的实际检测需要,提出基于DSP的测控系统作为生物反应器的通用测控系统的设计方案。以采用PLC模块化的设计思想,利用嵌入式技术,将系统分为主控模块、检测模块和控制模块三个基本模块,通过CAN总线的方式,将各个模块连接起来,搭建完整系统,实现温度、pH溶解氧参数在线检测,同时实现加酸碱、补料、搅拌充氧、消泡、升降温的控制。通过系统的灵活组合和升级换代,来满足不同生物过程中的应用,提高系统的通用化和智能化。其次,根据系统的设计方案,进行系统的软硬件设计。利用DSP强大的运算能力,将主控模块设计为基于DSP的嵌入式系统,对整个系统的数据管理,通过DSP与CPLD的硬件结合,设计人机界面。设计检测模块的信号调理电路,实现对温度、pH以及溶解氧传感器的弱小信号采集,并通过MCU转换为数字信号。并且对控制模块的外部设备进行驱动,实现升降温控制、加酸加碱控制、补料控制、搅拌控制、光照控制,设计CAN总线的网络结构以及应用层的通信协议,通过Code Composer Studio、Keil uVision4等集成开发环境进行软件开发。最后,系统进行调试,通过测控系统实现完整的生物培养过程,来对系统进行整体测试,在此基础上,以毕赤酵母、螺旋藻为例,开展生物制药和生物能源和环境生物治理领域的实验。经几个月几十批次的实验实践证明:本系统能够维持培养液的温度、pH和溶解氧处于生物过程的最佳范围。在这两个中试线上,验证了新型仪器和集成系统的适用性。