生物安全柜控制报警系统设计与实现

发布时间：2017-04-03 07:12

  本文关键词：生物安全柜控制报警系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物安全柜是一种用于生物安全实验室生物安全防护的排风柜，生物安全柜将生物实验室中的操作者和生物实验环境隔离，防止生物实验过程中的实验品和实验操作者间发生交叉感染。生物安全柜作为重要保护措施，使生物实验操作者免受实验过程中生物危险。 目前国内对于生物安全柜的研究多基于理论方面，其中大部分只针对生物安全柜的气流模型进行研究，对生物安全柜的实际应用和系统报警较少有涉及。依据上述现状，本文旨在设计和实现一种符合中华人民共和国医药行业标准YYO569-2011,YY-T0664-2008,YY/T0709-2009的生物安全柜控制报警系统，并根据中华人民共和国医药行业标准对系统进行测试。 本文依据中华人民共和国医药行业标准，对生物安全柜控制系统的需求进行分析。在生物安全柜的气流模型基础上，分析生物安全柜的控制过程。生物安全柜的控制过程是通过气流流速传感器采集的气流数据，调整风机参数，实现气流流速控制功能。依据生物安全柜国家相关标准，对生物安全柜报警系统进行需求分析，报警系统功能包括气流流速报警、过滤器寿命报警、生物安全柜窗口状态报警和外排压力报警。 根据需求分析，，在硬件设计上采用了由微控制器加看门狗为处理单元，外围连接气流流速传感器、温度传感器、窗口状态传感器和压力传感器，风机和驱动电路作为控制系统的执行部件，报警系统执行由声音和灯光组成。 根据需求分析，软件系统采用管道与过滤器架构，包括传感器模块、数据处理模块和动作执行模块三个部分。传感器模块对水平气流流速传感器、垂直气流流速传感器、温度传感器和压力传感器采样的数据进行数字滤波处理，再将数值滤波处理过后的数据输出。数据处理要对气流流速、温度、压力、窗口状态和过滤器使用寿命的数据进行处理，输出相对应的控制数据给动作执行模块，包括了风机控制和报警。风机控制根据数据处理模块输出的风机控制数据调整风机的功率大小，通过这样的过程调节气流流速的大小。报警根据气流流速、压力、过滤器寿命和窗口状态报警数据，执行相应的报警功能。 本文最后依据国家相关标准进行控制系统测试和报警系统测试，测量生物安全柜内的气流流速，验证气流流速是否在中华人民共和国医药行业标准YYO569-2011规定范围内。报警系统依据设计需求，对气流流速报警、过滤器寿命报警、生物安全柜窗口状态报警和外排压力报警进行功能验证。
【关键词】：生物安全柜 气流流速控制 报警系统
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP277;R197.39
【目录】：

• 附件5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• １ 绪论13-16
• １.１ 研究背景13-14
• １.２ 现状分析14
• １.３ 研究内容及研究意义14-15
• １.４ 论文结构15-16
• ２ 相关技术介绍16-25
• ２.１ 生物安全柜概述16-20
• ２.１.１ 核心系统16-18
• ２.１.２ 生物安全柜的分类18-19
• ２.１.３ 生物安全柜相关国家标准概述19-20
• ２.２ 相关算法和技术概述20-24
• ２.２.１ 线性插值算法20
• ２.２.２ 去极值平均滤波算法20-21
• ２.２.３ 阀值控制算法21-22
• ２.２.４ 循环冗余检验算法22-23
• ２.２.５ 滑动平均算法23-24
• ２.２.６ I~2C 总线24
• ２.３ 本章小结24-25
• ３ 需求分析和总体设计25-44
• ３.１ 需求分析25-28
• ３.２ 硬件设计28-38
• ３.２.１ 传感器信号采集28-32
• ３.２.２ 信号处理32-34
• ３.２.３ 动作执行34-36
• ３.２.４ 交互界面36-37
• ３.２.５ 看门狗监测37-38
• ３.３ 软件架构设计38-43
• ３.３.１ I~2C 操作模块39-41
• ３.３.２ 传感器模块41-42
• ３.３.３ 数据处理模块42-43
• ３.３.４ 动作执行模块43
• ３.４ 本章小结43-44
• ４ 模块详细设计44-66
• ４.１ I~2C 操作模块实现44-52
• ４.１.１ I~2C 总线初始化44-45
• ４.１.２ I~2C 总线启动45-46
• ４.１.３ I~2C 应答46-47
• ４.１.４ I~2C 停止47-48
• ４.１.５ I~2C 写（字节操作）48-49
• ４.１.６ I~2C 读（字节操作）49-50
• ４.１.７ 数据块写操作50-51
• ４.１.８ 数据块读操作51-52
• ４.２ 传感器模块实现52-55
• ４.２.１ 去除极值平均处理模块53-55
• ４.２.２ 滑动平均处理模块55
• ４.３ 数据处理模块实现55-63
• ４.３.１ 气流流速传感器数据处理模块56-57
• ４.３.２ 压力数据处理模块57-58
• ４.３.３ 窗口状态数据处理模块58-60
• ４.３.４ 过滤器寿命数据处理模块60-62
• ４.３.５ 线性插值处理模块62-63
• ４.４ 动作执行模块实现63-65
• ４.４.１ 风机控制63-64
• ４.４.２ 报警64-65
• ４.５ 本章小结65-66
• ５ 测试与验证66-72
• ５.１ 气流测试66-69
• ５.１.１ 测试方法66-69
• ５.１.２ 测试数据69
• ５.２ 报警测试69-71
• ５.２.１ 测试方法70-71
• ５.２.２ 测试结果71
• ５.３ 本章小结71-72
• 6 结论72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 沈玉秀,唐祯安,张洪泉;热线式传感器的研究[J];传感器技术;2004年05期

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本文编号：283914