本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種三氣式搖床控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

生物恒溫培養(yǎng)搖床也稱為振蕩器，是一種常用的實驗室設(shè)備，屬于生化儀器，是植物、生物、微生物、遺傳、病毒、環(huán)保、醫(yī)學等科研、教育和生產(chǎn)部門進行精密培養(yǎng)制備時不可缺少的實驗室設(shè)備。其廣泛用于對溫度和振蕩頻率有較高要求的細菌培養(yǎng)、發(fā)酵、雜交、生物化學反應(yīng)以及酶和組織研究等。隨著恒溫培養(yǎng)搖床應(yīng)用領(lǐng)域的日益拓展，試驗對搖床腔室內(nèi)的氣體含量與光照智能程度提出了更高的要求。

然而，現(xiàn)在市場上沒有出現(xiàn)三氣式搖床，也就是在控制溫度、濕度、電機的同時對搖床箱內(nèi)的氮氣、二氧化碳、氧氣進行含量控制，并且可以智能模擬外界的光照強度。

中國發(fā)明專利申請cn103614289a公開了一種用于微生物培養(yǎng)和菌種篩選的搖床，包括搖瓶、搖床底盤、震蕩系統(tǒng)及微控制器，搖瓶至少一個，搖瓶的瓶口密封封蓋，搖瓶安置于搖床底盤之上；微控制器通過震蕩系統(tǒng)控制搖床底盤動作，進而帶動搖瓶動作；搖瓶內(nèi)伸入溶氧量傳感器、ph傳感器、反應(yīng)生成物濃度傳感器、兩補料管；溶氧量傳感器、ph傳感器、反應(yīng)生成物濃度傳感器的外端均與微控制器電連接；兩補料管的外端分別與一補料瓶連通，兩補料瓶分別用于盛裝酸液、堿液。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有需求，本發(fā)明的目的是提供一種三氣式搖床控制系統(tǒng)，它具有精確控制搖床腔室內(nèi)各種氣體含量和智能模擬光照強度的功能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：三氣式搖床控制系統(tǒng)，包括主控芯片、溫度控制裝置和電機控制裝置，所述溫度控制裝置、電機控制裝置與主控芯片相連接，還包括co2控制裝置、氮氣控制裝置、氧氣控制裝置、光照控制裝置、濕度控制裝置，

所述co2控制裝置、氮氣控制裝置、氧氣控制裝置、光照控制裝置、濕度控制裝置都與主控芯片相連接。

優(yōu)選的，所述濕度控制裝置包括電壓采樣電路，所述光照控制裝置也包括電壓采樣電路，所述電壓采樣電路通過雙積分轉(zhuǎn)換電路與主控芯片相連接。

優(yōu)選的，所述電壓采樣電路包括電壓輸入端，所述電壓輸入端通過電阻r11與放大器u5的正極輸入端相連接，所述放大器u5的正極輸入端通過二極管d15與電容c12的并聯(lián)電路與電源vcc相連接，所述放大器u5的正極輸入端與電源vee之間反接二極管d16，所述放大器u5的正極輸入端通過電阻r21接地；所述放大器u5的負極輸入端通過電阻r12接地，所述放大器u5的負極輸入端通過電阻r22與所述放大器u5的輸出端相連接，所述放大器u5的輸出端通過電阻r84與電壓采樣電路輸出端相連接，所述電壓采樣電路輸出端通過電阻r101與電源vcc相連接。

優(yōu)選的，所述co2控制裝置包括電流采樣電路，所述氧氣控制裝置也包括電流采樣電路，所述電流樣電路通過雙積分轉(zhuǎn)換電路與主控芯片相連接。

優(yōu)選的，所述電流采樣電路包括電流輸入端，所述電流輸入端通過二極管d1與電源vcc相連接，所述電流輸入端通過電阻r1接地，所述電流輸入端通過電阻r6與放大器u1的正極輸入端相連接，所述放大器u1的正極輸入端通過二極管d2與電容c1的并聯(lián)電路與電源vcc相連接，所述放大器u1的正極輸入端與電源vee之間反接二極管d8，所述放大器u1的正極輸入端通過電阻r18接地；所述放大器u1的負極輸入端通過電阻r13接地，所述放大器u1的負極輸入端通過電阻r25與所述放大器u1的輸出端相連接，所述放大器u1的輸出端通過電阻r81與電流采樣電路輸出端相連接，所述電流采樣電路輸出端通過電阻r98與電源vcc相連接。

優(yōu)選的，所述雙積分電路包括積分輸入端，所述積分輸入端通過電阻r136與積分器u1c的負極輸入端相連接，所述積分器u1c的正極輸入端接地；所述積分器u1c的輸出端通過電容c38與積分器u1c的負極輸入端相連接，所述積分器u1c的輸出端通過電阻r137和二極管d17的并聯(lián)電路接地，所述積分器u1c的輸出端與所述積分器u1d的負極輸入端，所述積分器u1d的正極輸入端接地，所述積分器u1d的輸出端通過電阻r139與主控芯片的端口p33相連接；所述主控芯片的端口p33通過電阻r138與電源vcc相連接，所述積分器u1d的正極輸入端通過二極管d21與主控芯片的端口p33相連接。

優(yōu)選的，所述co2控制裝置、氮氣控制裝置和氧氣控制裝置都包括可控硅輸出模塊。

優(yōu)選的，所述可控硅輸出模塊包括光耦可控硅u18，所述光耦可控硅u18的1號管腳與三極管q2的集電極相連接，所述三極管q2的發(fā)射極與電源vcc相連接，所述三極管q2的基極通過電阻r117與主控芯片的端口p21相連接；所述光耦可控硅u18的2號管腳通過電阻r91接地，所述光耦可控硅u18的6號管腳與可控硅tr5的控制極相連接，所述可控硅tr5的陰極通過電阻r127與可控硅tr5的控制極相連接，所述可控硅tr5的陽極通過電阻r121與光耦可控硅u18的4號管腳相連接；所述控硅tr5的陽極與陰極之間并聯(lián)電阻r131，所述電阻r131兩端并聯(lián)電容c40與電阻r141的串聯(lián)電路。

優(yōu)選的，所述溫度控制裝置和濕度控制裝置都包括繼電器輸出模塊。

優(yōu)選的，所述繼電器輸出模塊包括光耦u15，所述光耦u15的1號管腳通過電阻r5與主控芯片的端口rd3相連接，所述光耦u15的2號管腳接地；所述光耦u15的4號管腳與12v電源相連接，所述光耦u15的4號管腳與繼電器k2的1號管腳相連接；所述光耦u15的4號管腳與繼電器k2的2號管腳之間反接二極管d19；所述光耦u15的3號管腳通過電阻r20與三極管q3的基極相連接，所述三極管q3的集電極與繼電器k2的2號管腳相連接，所述三極管q3的發(fā)射極接地，所述三極管q3的基極與發(fā)射極之間連接有電阻r21。

本發(fā)明提出了一種新型搖床控制系統(tǒng)：主控芯片和各個控制程序組成控制中心，進而對各個裝置進行控制，實現(xiàn)對搖床腔室內(nèi)二氧化碳、氮氣、氧氣三種氣體的含量控制，使樣品能在更加良好的環(huán)境中培養(yǎng)；并且光照控制程序分為手動控制光照和自動控制光照，自動控制光照強度可以讓系統(tǒng)智能的根據(jù)時間段來進行光照強度的相應(yīng)變化，使整個系統(tǒng)更加智能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

圖1是本發(fā)明的實施例的三氣式搖床系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的1～4v采樣電路原理圖。

圖3是本發(fā)明實施例的4～20ma采樣電路原理圖。

圖4是本發(fā)明實施例的伺服控制電流檢測原理圖。

圖5是本發(fā)明實施例的伺服電機控制原理圖。

圖6是本發(fā)明實施例的光照輸出原理圖。

圖7是本發(fā)明實施例的可控硅輸出原理圖。

圖8是本發(fā)明實施例的繼電器輸出原理圖。

圖9是本發(fā)明實施例的雙積分轉(zhuǎn)換電路原理圖。

圖中：

101、主控芯片；

210、co2控制裝置，220、氮氣控制裝置，230、氧氣控制裝置，240、光照控制裝置，250、溫度控制裝置，260、濕度控制裝置，270、電機控制裝置。

具體實施方式

實施例，見圖1和圖2所示：三氣式搖床控制系統(tǒng)，包括主控芯片101、co2控制裝置210、氮氣控制裝置220、氧氣控制裝置230、光照控制裝置240、溫度控制裝置250、濕度控制裝置260、電機控制裝置270。

其中：

所述co2控制裝置210、氮氣控制裝置220、氧氣控制裝置230、光照控制裝置240、溫度控制裝置250、溫度控制裝置260、電機控制裝置270都與主控芯片101相連接。主控芯片101分別負責控制相應(yīng)的裝置，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)中的co2濃度、氮氣濃度、氧氣濃度、光照強度、溫度、濕度和電機的精確控制。當co2濃度偏高或氧氣濃度偏高時，主控芯片101將控制氮氣充入腔體，隨后進行co2和氧氣的pid控制，最終使co2濃度和氧氣濃度達到預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選的，所述濕度控制裝置包括電壓采樣電路，所述光照控制裝置也包括電壓采樣電路，所述電壓采樣電路通過雙積分轉(zhuǎn)換電路與主控芯片相連接。如圖2所示，所述電壓采樣電路包括電壓輸入端，所述電壓輸入端通過電阻r11與放大器u5的正極輸入端相連接，所述放大器u5的正極輸入端通過二極管d15與電容c12的并聯(lián)電路與電源vcc相連接，所述放大器u5的正極輸入端與電源vee之間反接二極管d16，所述放大器u5的正極輸入端通過電阻r21接地；所述放大器u5的負極輸入端通過電阻r12接地，所述放大器u5的負極輸入端通過電阻r22與所述放大器u5的輸出端相連接，所述放大器u5的輸出端通過電阻r84與電壓采樣電路輸出端相連接，所述電壓采樣電路輸出端通過電阻r101與電源vcc相連接。如圖9所示，所述雙積分電路包括積分輸入端，所述積分輸入端通過電阻r136與積分器u1c的負極輸入端相連接，所述積分器u1c的正極輸入端接地；所述積分器u1c的輸出端通過電容c38與積分器u1c的負極輸入端相連接，所述積分器u1c的輸出端通過電阻r137和二極管d17的并聯(lián)電路接地，所述積分器u1c的輸出端與所述積分器u1d的負極輸入端，所述積分器u1d的正極輸入端接地，所述積分器u1d的輸出端通過電阻r139與主控芯片101的端口p33相連接；所述主控芯片101的端口p33通過電阻r138與電源vcc相連接，所述積分器u1d的正極輸入端通過二極管d21與主控芯片101的端口p33相連接。該采樣電路將傳感器輸入的電壓信號轉(zhuǎn)化為可供雙積分電路轉(zhuǎn)換的電壓，從而通過雙積分轉(zhuǎn)換電路將其從電壓信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號，最終模擬量信號經(jīng)過程序的處理而獲得測量數(shù)值。

優(yōu)選的，所述co2控制裝置包括電流采樣電路，所述氧氣控制裝置也包括電流采樣電路，所述電流采樣電路通過雙積分轉(zhuǎn)換電路與主控芯片相連接。如圖3所示，所述電流采樣電路包括電流輸入端，所述電流輸入端通過二極管d1與電源vcc相連接，所述電流輸入端通過電阻r1接地，所述電流輸入端通過電阻r6與放大器u1的正極輸入端相連接，所述放大器u1的正極輸入端通過二極管d2與電容c1的并聯(lián)電路與電源vcc相連接，所述放大器u1的正極輸入端與電源vee之間反接二極管d8，所述放大器u1的正極輸入端通過電阻r18接地；所述放大器u1的負極輸入端通過電阻r13接地，所述放大器u1的負極輸入端通過電阻r25與所述放大器u1的輸出端相連接，所述放大器u1的輸出端通過電阻r81與電流采樣電路輸出端相連接，所述電流采樣電路輸出端通過電阻r98與電源vcc相連接。電流采樣電路采用的雙積分轉(zhuǎn)換電路與電壓采樣電路相同，該電路首先將4～20ma的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，再進行雙積分轉(zhuǎn)換而生成模擬量信號，最終獲得co2和氧氣濃度的測量。

圖4和圖5是實例中電流采樣電路370和電機控制裝置270原理圖，有著電機轉(zhuǎn)速大范圍可調(diào)，運行穩(wěn)定、安全、可靠的特性。

圖6是實施例中的光照輸出原理圖，主要通過使用io口輸出的pwm方波來調(diào)節(jié)電壓的值，再通過電壓來調(diào)節(jié)光照強度，光照控制程序105分為手動控制光照和自動控制光照，手動控制光照即用戶自己設(shè)置光照強度，光照控制裝置240根據(jù)用戶所設(shè)置的設(shè)定值進行光照強度的改變，自動控制光照即是讓光照控制程序自動根據(jù)不同時段模擬一天的光照強度變化。

優(yōu)選的，所述co2控制裝置、氮氣控制裝置和氧氣控制裝置都包括可控硅輸出模塊，所述溫度控制裝置和濕度控制裝置都包括繼電器輸出模塊。圖7和圖8所示分別是兩種輸出方式，一種為可控硅輸出，一種為繼電器輸出，本實例中co2控制裝置210、氮氣控制裝置220、氧氣控制裝置230采用了可控硅輸出方式，實現(xiàn)高頻通斷；而溫度控制裝置250、濕度控制裝置260則采用了繼電器輸出方式，更加安全。其中，如圖7所示，所述可控硅輸出模塊包括光耦可控硅u18，所述光耦可控硅u18的1號管腳與三極管q2的集電極相連接，所述三極管q2的發(fā)射極與電源vcc相連接，所述三極管q2的基極通過電阻r117與主控芯片101的端口p21相連接；所述光耦可控硅u18的2號管腳通過電阻r91接地，所述光耦可控硅u18的6號管腳與可控硅tr5的控制極相連接，所述可控硅tr5的陰極通過電阻r127與可控硅tr5的控制極相連接，所述可控硅tr5的陽極通過電阻r121與光耦可控硅u18的4號管腳相連接；所述控硅tr5的陽極與陰極之間并聯(lián)電阻r131，所述電阻r131兩端并聯(lián)電容c40與電阻r141的串聯(lián)電路。如圖8所示，所述繼電器輸出模塊包括光耦u15，所述光耦u15的1號管腳通過電阻r5與主控芯片101的端口rd3相連接，所述光耦u15的2號管腳接地；所述光耦u15的4號管腳與12v電源相連接，所述光耦u15的4號管腳與繼電器k2的1號管腳相連接；所述光耦u15的4號管腳與繼電器k2的2號管腳之間反接二極管d19；所述光耦u15的3號管腳通過電阻r20與三極管q3的基極相連接，所述三極管q3的集電極與繼電器k2的2號管腳相連接，所述三極管q3的發(fā)射極接地，所述三極管q3的基極與發(fā)射極之間連接有電阻r21。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種新型三氣式搖床控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對co2、氧氣、氮氣的控制，并且可以模擬光照，使得整個搖床控制器更加完善和智能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。