基于LabVIEW的發(fā)酵過(guò)程實(shí)時(shí)數據采集系統設計

l 引 言
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineer―ing Workbench)是美國國家儀器公司(National Instru―ment)開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器平臺，他是一種用圖標代替文本行創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言。LabVIEW功能強
大，提供豐富的數據采集、分析和存儲庫函數以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232／485在內的各種儀器通信總線(xiàn)標準的所有功能函數。利用LabVIEW設計的數據采集系統，可模擬采集各種信號，但是配備N(xiāo)I公司的數據采集板卡比較貴，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中可選用單片機系統對數據進(jìn)行采集。
發(fā)酵是生物技術(shù)的一項最基本的工程，發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量是發(fā)酵工程的2個(gè)重要的技術(shù)指標。要提高發(fā)酵工程的產(chǎn)量和質(zhì)量必須控制發(fā)酵過(guò)程的一些主要參數和影響反應過(guò)程的物質(zhì)的含量，即發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化及控制。利用計算機對復雜的發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行數據檢測、分析和實(shí)施過(guò)程的最優(yōu)化控制越來(lái)越受到人們的極大關(guān)注。由于發(fā)酵過(guò)程變量檢測的復雜性，有些至關(guān)重要的變量，例如菌體的濃度、比生長(cháng)率、產(chǎn)物生成率等難以在線(xiàn)直接測量，然而可以在已建立的數學(xué)模型基礎上，通過(guò)測量與這些變量相關(guān)的一些可在線(xiàn)直接測量的變量，例如，尾氣中的氧氣、二氣化氮等濃度變化，從而得到這些變量的最優(yōu)估計，為實(shí)施生化過(guò)程的在線(xiàn)最優(yōu)控制提供先決條件。因此，本文設計一種基于LabVIEW的發(fā)酵過(guò)程尾氣中的氧氣、二氣化氮的濃度變化實(shí)時(shí)數據采集系統。并對其系統的組成、原理、實(shí)現做出詳細描述。

2 系統的組成及工作原理
本系統的數據采集系統由氧氣傳感器、二氧化碳傳感器和C8051F206單片機以及MAX 232組成。由單片機組成的小系統對溫度信號進(jìn)行采集、調理和轉換，然后通過(guò)RS 232串口通訊將數據送給計算機，在LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺下，對數據進(jìn)行各種處理、分析，并對信號進(jìn)行存儲、顯示和打印，最后由PC機顯示實(shí)時(shí)測量的尾氣中氧氣、二氧化碳的含量和經(jīng)過(guò)數據處理得到的RQ值，從而實(shí)現對發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行在線(xiàn)檢測的實(shí)時(shí)測試系統。
2．1 硬件組成及設計原理
系統的硬件電路如圖1所示，采用C8051F206作為主芯片，氧氣傳感器選用電化學(xué)傳感器二氧化碳采用紅外傳感器。這兩種傳感器具有精度高、線(xiàn)性度好、重現性好，在一定條件下具有長(cháng)期穩定性等優(yōu)點(diǎn)。這種溫度傳感器特別容易和微電腦配合，組成自動(dòng)測試系統。在此系統中，我們利用C8051F206提供的片內12位SAR ADC的強大功能，以標準的模擬信號(電流，電壓)轉換為數字信號。

由于單片機串口TTL電平與標準的RS 232C信號電平范圍不一致，所以在與之進(jìn)行通訊的時(shí)候，首先要將TTL電平信號進(jìn)行一定的轉換，使之符合RS 232C的信號規范。本系統中，選擇MAX公司的MAX 232進(jìn)行電平信號轉換。
2．2 軟件設計
系統軟件設計主要包括主程序、中斷服務(wù)子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

3 LabVIEW下的程序設計