基于GSM的生物培養(yǎng)箱智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

吳麒麟+李寶龍+馮文明

摘要：培養(yǎng)箱在生物領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，主要用于微生物、組織培養(yǎng)，及育種實(shí)驗(yàn)等。培養(yǎng)箱負(fù)責(zé)在箱體內(nèi)模擬形成一個(gè)類似細(xì)胞或組織，在生物體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于研究人員不能時(shí)刻在培養(yǎng)箱附近，所以有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)箱內(nèi)部變化。所以本系統(tǒng)采用GSM技術(shù)通過(guò)短信的形式，把培養(yǎng)箱的溫度、二氧化碳濃度和相對(duì)飽和濕度發(fā)送到研究人員手里，使他們第一時(shí)間了解培養(yǎng)箱中的動(dòng)態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：GSM；培養(yǎng)箱；溫濕度監(jiān)測(cè)；測(cè)試分析

一、研究背景

生物實(shí)驗(yàn)需要大量的生物樣品，保證這些樣品的活性是生物實(shí)驗(yàn)成功與否的決定性因素。生物培養(yǎng)箱是維持生物樣品生長(zhǎng)代謝所需的必要環(huán)境的培養(yǎng)設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大部分生物培養(yǎng)箱都是獨(dú)立的，功能單一的系統(tǒng)，不便于集中控制和管理，增加了生物研究人員操作的繁瑣程度和得知信息的滯后性[1]。基于此種背景，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于GSM的多功能的培養(yǎng)箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。讓生物研究人員更加便捷、及時(shí)的監(jiān)測(cè)生物培養(yǎng)環(huán)境的變化。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由培養(yǎng)箱和GSM的智能監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置兩部分組成。其中，監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置是本系統(tǒng)的研究的重點(diǎn)。該裝置主要由由供電電路、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板電路、GSM通信電路、顯示電路和傳感器等幾部分組成。

開(kāi)發(fā)板電路是整個(gè)裝置的核心，采用STC15F2開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，由CPU、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、矩陣按鍵電路和RS232串行通訊電路等組成。實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)讀入、LCD顯示、環(huán)境參數(shù)測(cè)量、GSM模塊SIM900A控制等功能。傳感器包括MG811二氧化碳檢測(cè)模塊以及DHT11溫濕度檢測(cè)模塊，可檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部的溫度、濕度、以及二氧化碳濃度。顯示模塊由LCD1602組成，可顯示培養(yǎng)箱內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度、濕度和二氧化碳濃度。矩陣按鍵用于設(shè)定環(huán)境參數(shù)的報(bào)警閾值。當(dāng)傳感器檢測(cè)出的信息大于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，由GSM短信發(fā)送模塊以信息文本的格式向預(yù)先設(shè)定好的用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，提醒研究人員檢查并處理故障。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）MG811二氧化碳檢測(cè)模塊，其具有TTL電平信號(hào)輸出指示燈，工作電壓信號(hào)指示燈，可雙路信號(hào)輸出（模擬量信號(hào)和 TTL高低電平信號(hào)），TTL電平輸出的有效信號(hào)為低電位。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出低電平時(shí)信號(hào)紅色指示燈亮，該口可直接接單片機(jī)電平輸出有效信號(hào)為低電平。其模擬量輸出電壓 0～2V，濃度越低輸出電壓越高，對(duì)二氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性以及快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，并且陶瓷探頭可以插拔設(shè)計(jì)，方便更換，隔熱散熱更好，其帶溫度補(bǔ)償輸出，標(biāo)稱溫度環(huán)境下 Tcm輸出為 VCC/2電壓，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，輸出電壓信號(hào)變化，溫度變化量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電壓輸出變化量，從而通過(guò)程序補(bǔ)該溫度變化量，控制探頭更有效的檢測(cè)[2]。

五、結(jié)束語(yǔ)

由于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了GSM技術(shù)，并具有超過(guò)設(shè)定溫濕度及二氧化碳濃度值報(bào)警，隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部環(huán)境變化的功能，同時(shí)具有性價(jià)比高，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，且抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物培養(yǎng)等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，因此可以帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]唐曉英.基于CAN總線的生物培養(yǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2010.18.

[2]劉全盛.輸出信號(hào)變化率的電壓溫度自動(dòng)補(bǔ)償[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào).2004.2.

[3]王紀(jì)剛.無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化.2013.6.

[4]袁歡.1602LCD液晶顯示[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察.2012.5.

（作者單位：華北科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 101601）

摘要：培養(yǎng)箱在生物領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，主要用于微生物、組織培養(yǎng)，及育種實(shí)驗(yàn)等。培養(yǎng)箱負(fù)責(zé)在箱體內(nèi)模擬形成一個(gè)類似細(xì)胞或組織，在生物體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于研究人員不能時(shí)刻在培養(yǎng)箱附近，所以有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)箱內(nèi)部變化。所以本系統(tǒng)采用GSM技術(shù)通過(guò)短信的形式，把培養(yǎng)箱的溫度、二氧化碳濃度和相對(duì)飽和濕度發(fā)送到研究人員手里，使他們第一時(shí)間了解培養(yǎng)箱中的動(dòng)態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：GSM；培養(yǎng)箱；溫濕度監(jiān)測(cè)；測(cè)試分析

一、研究背景

生物實(shí)驗(yàn)需要大量的生物樣品，保證這些樣品的活性是生物實(shí)驗(yàn)成功與否的決定性因素。生物培養(yǎng)箱是維持生物樣品生長(zhǎng)代謝所需的必要環(huán)境的培養(yǎng)設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大部分生物培養(yǎng)箱都是獨(dú)立的，功能單一的系統(tǒng)，不便于集中控制和管理，增加了生物研究人員操作的繁瑣程度和得知信息的滯后性[1]。基于此種背景，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于GSM的多功能的培養(yǎng)箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。讓生物研究人員更加便捷、及時(shí)的監(jiān)測(cè)生物培養(yǎng)環(huán)境的變化。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由培養(yǎng)箱和GSM的智能監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置兩部分組成。其中，監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置是本系統(tǒng)的研究的重點(diǎn)。該裝置主要由由供電電路、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板電路、GSM通信電路、顯示電路和傳感器等幾部分組成。

開(kāi)發(fā)板電路是整個(gè)裝置的核心，采用STC15F2開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，由CPU、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、矩陣按鍵電路和RS232串行通訊電路等組成。實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)讀入、LCD顯示、環(huán)境參數(shù)測(cè)量、GSM模塊SIM900A控制等功能。傳感器包括MG811二氧化碳檢測(cè)模塊以及DHT11溫濕度檢測(cè)模塊，可檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部的溫度、濕度、以及二氧化碳濃度。顯示模塊由LCD1602組成，可顯示培養(yǎng)箱內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度、濕度和二氧化碳濃度。矩陣按鍵用于設(shè)定環(huán)境參數(shù)的報(bào)警閾值。當(dāng)傳感器檢測(cè)出的信息大于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，由GSM短信發(fā)送模塊以信息文本的格式向預(yù)先設(shè)定好的用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，提醒研究人員檢查并處理故障。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）MG811二氧化碳檢測(cè)模塊，其具有TTL電平信號(hào)輸出指示燈，工作電壓信號(hào)指示燈，可雙路信號(hào)輸出（模擬量信號(hào)和 TTL高低電平信號(hào)），TTL電平輸出的有效信號(hào)為低電位。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出低電平時(shí)信號(hào)紅色指示燈亮，該口可直接接單片機(jī)電平輸出有效信號(hào)為低電平。其模擬量輸出電壓 0～2V，濃度越低輸出電壓越高，對(duì)二氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性以及快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，并且陶瓷探頭可以插拔設(shè)計(jì)，方便更換，隔熱散熱更好，其帶溫度補(bǔ)償輸出，標(biāo)稱溫度環(huán)境下 Tcm輸出為 VCC/2電壓，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，輸出電壓信號(hào)變化，溫度變化量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電壓輸出變化量，從而通過(guò)程序補(bǔ)該溫度變化量，控制探頭更有效的檢測(cè)[2]。

五、結(jié)束語(yǔ)

由于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了GSM技術(shù)，并具有超過(guò)設(shè)定溫濕度及二氧化碳濃度值報(bào)警，隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部環(huán)境變化的功能，同時(shí)具有性價(jià)比高，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，且抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物培養(yǎng)等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，因此可以帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]唐曉英.基于CAN總線的生物培養(yǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2010.18.

[2]劉全盛.輸出信號(hào)變化率的電壓溫度自動(dòng)補(bǔ)償[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào).2004.2.

[3]王紀(jì)剛.無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化.2013.6.

[4]袁歡.1602LCD液晶顯示[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察.2012.5.

（作者單位：華北科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 101601）

摘要：培養(yǎng)箱在生物領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，主要用于微生物、組織培養(yǎng)，及育種實(shí)驗(yàn)等。培養(yǎng)箱負(fù)責(zé)在箱體內(nèi)模擬形成一個(gè)類似細(xì)胞或組織，在生物體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于研究人員不能時(shí)刻在培養(yǎng)箱附近，所以有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)箱內(nèi)部變化。所以本系統(tǒng)采用GSM技術(shù)通過(guò)短信的形式，把培養(yǎng)箱的溫度、二氧化碳濃度和相對(duì)飽和濕度發(fā)送到研究人員手里，使他們第一時(shí)間了解培養(yǎng)箱中的動(dòng)態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：GSM；培養(yǎng)箱；溫濕度監(jiān)測(cè)；測(cè)試分析

一、研究背景

生物實(shí)驗(yàn)需要大量的生物樣品，保證這些樣品的活性是生物實(shí)驗(yàn)成功與否的決定性因素。生物培養(yǎng)箱是維持生物樣品生長(zhǎng)代謝所需的必要環(huán)境的培養(yǎng)設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大部分生物培養(yǎng)箱都是獨(dú)立的，功能單一的系統(tǒng)，不便于集中控制和管理，增加了生物研究人員操作的繁瑣程度和得知信息的滯后性[1]。基于此種背景，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于GSM的多功能的培養(yǎng)箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。讓生物研究人員更加便捷、及時(shí)的監(jiān)測(cè)生物培養(yǎng)環(huán)境的變化。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由培養(yǎng)箱和GSM的智能監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置兩部分組成。其中，監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置是本系統(tǒng)的研究的重點(diǎn)。該裝置主要由由供電電路、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板電路、GSM通信電路、顯示電路和傳感器等幾部分組成。

開(kāi)發(fā)板電路是整個(gè)裝置的核心，采用STC15F2開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，由CPU、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、矩陣按鍵電路和RS232串行通訊電路等組成。實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)讀入、LCD顯示、環(huán)境參數(shù)測(cè)量、GSM模塊SIM900A控制等功能。傳感器包括MG811二氧化碳檢測(cè)模塊以及DHT11溫濕度檢測(cè)模塊，可檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部的溫度、濕度、以及二氧化碳濃度。顯示模塊由LCD1602組成，可顯示培養(yǎng)箱內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度、濕度和二氧化碳濃度。矩陣按鍵用于設(shè)定環(huán)境參數(shù)的報(bào)警閾值。當(dāng)傳感器檢測(cè)出的信息大于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，由GSM短信發(fā)送模塊以信息文本的格式向預(yù)先設(shè)定好的用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，提醒研究人員檢查并處理故障。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）MG811二氧化碳檢測(cè)模塊，其具有TTL電平信號(hào)輸出指示燈，工作電壓信號(hào)指示燈，可雙路信號(hào)輸出（模擬量信號(hào)和 TTL高低電平信號(hào)），TTL電平輸出的有效信號(hào)為低電位。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出低電平時(shí)信號(hào)紅色指示燈亮，該口可直接接單片機(jī)電平輸出有效信號(hào)為低電平。其模擬量輸出電壓 0～2V，濃度越低輸出電壓越高，對(duì)二氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性以及快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，并且陶瓷探頭可以插拔設(shè)計(jì)，方便更換，隔熱散熱更好，其帶溫度補(bǔ)償輸出，標(biāo)稱溫度環(huán)境下 Tcm輸出為 VCC/2電壓，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，輸出電壓信號(hào)變化，溫度變化量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電壓輸出變化量，從而通過(guò)程序補(bǔ)該溫度變化量，控制探頭更有效的檢測(cè)[2]。

五、結(jié)束語(yǔ)

由于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了GSM技術(shù)，并具有超過(guò)設(shè)定溫濕度及二氧化碳濃度值報(bào)警，隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)箱內(nèi)部環(huán)境變化的功能，同時(shí)具有性價(jià)比高，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，且抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物培養(yǎng)等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，因此可以帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]唐曉英.基于CAN總線的生物培養(yǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2010.18.

[2]劉全盛.輸出信號(hào)變化率的電壓溫度自動(dòng)補(bǔ)償[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào).2004.2.

[3]王紀(jì)剛.無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化.2013.6.

[4]袁歡.1602LCD液晶顯示[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察.2012.5.

（作者單位：華北科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 101601）