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近年来,随着海洋开发的深化,海洋生态环境日益恶化,赤潮等海洋灾害频繁发生。加快海水水质检测与治理成为关系海洋可持续发展的大事。但传统的海水水质检测手段耗时长、效率低,达不到海水水质检测实时快速的要求。因此,研制船载快速现场检测系统成为海水水质检测的迫切需要。本课题就是在这样的背景情况下提出来的。 本课题属于国家高技术研究发展计划(863计划)资源环境领域的海洋监测技术课题。核心任务是研制船载快速现场检测系统,使我国具备海洋生态环境现场快速监测能力。 本课题研制的船载近海赤潮藻自动化生化分析工作站是集机械设计、计算机控制技术、检测技术、通讯技术、电机控制技术于一体的船载型机电一体化设备。工作站采用三自由度机械手作为传输机构,集成了海水采样预处理系统及生化分析所需的基因扩增仪、酶标盘储库、电子移液器、摇床、洗板机、酶标仪等仪器模块,在主控制器的控制下,实现了赤潮藻采样、处理、分析的全自动化。 本论文介绍了船载近海赤潮藻自动化生化分析工作站电气控制系统的研制。 船载近海赤潮藻自动化生化分析工作站电气控制系统包括上位PC机监控系统和下位主控制器系统。上位PC机监控系统采用Visual Basic软件开发,负责与船载海洋环境监测系统服务器、下位主控制器系统的通讯。下位主控制器系统硬件设计采用工业控制计算机无源底板板卡扩展的结构模式,设计了无源底板、主机板和扩展板,主机板采用“单片机+CPLD”的设计模式,扩展板采用“CPLD+功能电路”的设计模式;下位主控制器系统软件采用C语言开发,按照分层模块化设计模式,设计了通讯程序、顶层管理程序、仪器模块程序、接口驱动子程序、中断服务程序等。 主机板单片机采用ATMEL公司的高性能、低功耗、RISC结构的高档AVR单片机ATmega128。该单片机具有4KB的片内SRAM、4KB的片内EEPROM、128KB的在系统可编程FLASH及64KB的外部数据存储空间,为主控制器系统的开发提供了充分的系统资源。 CPLD芯片采用ALTERA公司的MAX7000S系列的EPM7128STI100-10、ACEX1K系列的EP1K50TI144-4、EP1K50QI208-3及FLEX10K系列的EPF10K20TI144-4。CPLD芯片具有硬件逻辑在系统可编程功能,大大提高了系统设计的灵活性。 本文介绍了工作站的生化分析原理、整体方案设计、电气控制系统硬件设计、软件设计及系统的部分控制子系统。最后,对电气控制系统设计进行了展望。