1.绪论
二十一世纪是生物医学大发展的世纪。在新世纪里，随着数学，生物学，医学，以及其他自然学科的迅速发展，各个学科之间的交叉融合越来越明显，使许多新兴学科在应用领域方面更加深入，许多重大课题取得突破性进展，特别是生物学和电子学的迅猛发展，应用于医学上的手段更加丰富，随着基因组探测的完成，一些医疗设备研究深入，比如螺旋CT、MRI、核医学设备等设备检测手段更加参数化，智能化，呈现在我们眼前的将是一幅幅薪新的医学蓝图。当前，生物医学重要领域主要包括生物力学，生物材料学，生物技术，生物医学信号检测与传感器，生物医学医学信号处理，医学图像技术，物理因子在治疗中的应用及其生物效应，人工器官等八个方面。生物医学作为一门独立的学科发展不足50年，但由于他在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、康复服务方面所起的巨大作用，以成为当前医学领域的重要基础和支柱。生物医学同医疗器械乃至医药产业有直接的联系，为医疗器械的开发提供工程原理和方法，因而是医疗器械和医疗保健行业发展的基础，并可促进多种相关学科的发展。因此，生物医学对科学进步，对人类健康和生活质量的提高，对国民经济的发展，都具有重要的战略意义。当前，在国际上，美国，日本和欧共体国家在生物医学十分重视，在医疗器械方面基本上垄断了世界市场，对于在生物医学上的高端技术基本已经形成垄断。我国在医疗器械生产水平比较落后，每年国家需耗费巨额外汇进口医疗器械，并因此加重了社会医疗费负担。因此，我国在生物医学上的研究应结合医疗器械的发展的需要和我国国情，一方面为解决医疗器械生产的技术难关提供理论和技术基础，另一方面研究和发展新的医疗器械原理和方法，特别是与我国传统医学相结合和发展适宜性或费用低而有效的先进技术，从而不断提高医疗器械应用的国有化率，还能扩大我们医疗器械出口，为经济发展服务。电泳凝胶是一种在生物医学领域，采用电泳法进行生化检测所使用的材料。电泳法， 是措虛的分子在支持介质中，在电场作用力下，以不同分子的不同速度发生定向移动，进而形成不同的分子的
某种分子的质量百分比。梯度电泳技术主要应用于蛋白质方面，采用聚丙稀酰胺凝胶，在支持介质及凝固剂中，凝胶密度按照梯度分布，这样根据不同蛋白质分子的泳动速度不同，使不同的蛋白质分子聚集在凝胶不同的区域带上，从而相同的蛋白质分子聚集在同一个区带上，从整体上看，整个胶片上蛋白质分子呈梯度分布，且分布均勻。由于电场强度、蛋白质的质量、凝胶的介质的密度和蛋白质溶液的Ph值对蛋白质的
涌动速度有很大影响，若是样品中不同的分子的蛋白质类型众多，则可能导致整个凝胶的电泳的分辨力下降。基于此问题，梯度凝胶电泳应运而生。即选用的梯度胶片，凝胶浓度是一个浓度范围，从低到高区域分布，这样可以使小分子的蛋白质率先遇到较高的阻力而降低速度，从而分布于一个浓度区域带上。这种方法可以使支撑的电泳区域分布均勻，很好的区分不同的蛋白质分子。一个面临的问题是，梯度胶片制作非常困难，人工方法存在很大的成本，因此需要设计和研发一种设备使胶体按照以先制定的浓度自动搅和。19世纪初，首次发现了电泳现象是物理学家Peftce。在试验中，采用两个带有玻璃管的异性电极插在湿粘土，在加电压后观察发现，带正电极的玻璃管中的水出现浑油现象，并且发现带负电荷的粘土颗粒在定向移动，这就是所谓的电泳现象。20世纪初，Michaelis首次公开宣布将带电粒子在电场中的定向移动现象称为电泳现象。基于此，他采用不同pH的溶液的U形管中测量，并且测出了转化酶和过氧化氧酶的定向电泳移动和等电离点。
3.数据拟合算法
3.1数据拟合...........................................15
3.2数据拟合的方法——最小二乘法 ...........................................17
3.3 MATLAB曲线拟合在梯度凝胶中的应用..........................................20
3.4步进电机运动曲线设计...........................................22
3.5本章小结...........................................23
4.下位机硬件总体设计 ...........................................25
4.1主控芯片的选择和主控单元电路的设计...........................................27
4.2步进电机的选择和驱动电路的设计...........................................28
4.3 LCD显示电路的设计...........................................32
4.4串口通信电路设计 ...........................................33.
5.下位机控制系统软件程序设计...........................................34
5.1系统主程序设计...........................................35
5.2串口通信程序设计...........................................35
5.3液晶显不禾呈序 ...........................................37
5.4步进电机驱动程序...........................................41
5.5继电器控制程序 ...........................................46
5.6键盘扫描程序 ...........................................47
结论
通过对计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置控制系统的研究，现将所有工作总结归纳如下：1)计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置控制系统的整体设计根据计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置设计的要求，通过对模电/数电、单片机原理及应用、步进电动机运动控制原理、计算机控制技术、现代电子仪器设备设计等知识面的深入学习，完成了计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置的整体设计，如上位机界面控制，单片机控制系统，以及步进电机控制电路等。
2)计算机控制的梯度凝胶胶片浓度分布的拟合算法研究根据梯度凝胶胶片浓度范围及胶片数量的要求，利用MATLAB软件计算处理以及曲线拟合、进而结合步进电机运动所需的插补控制算法，实现了步进电动机的运动曲线设计以及两台步进电机曲线运动控制，最终通过精确控制达到了制作胶片的制作要求。
3)上位机界面的研究与设计通过采用VB完成上位机界面设计，进而结合MATLAB强大的数据处理和计算绘图能力，通过MATRIX软件将二者结合起来，完成了计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置。进而通过计算机上的串行口，连接下位机单片机控制系统的RS232通信接口，从而实现了由计算机控制整个系统装置运行智能化控制。
4)主要包括系统电源电路设计、步进电动机驱动控制电路设计、键盘扫描及液晶显示电路设计、继电器和电磁阀开关接口电路设计等。在软件设计方面，采用模块化编程思路，对主要功能实现模块采用C语言进行编程，并在SILICON IDE软件编译环境与硬件结合进行调试，基本完成了各个模块功能的实现。计算机控制的梯度凝胶胶片制作装置控制系统的研究需要不断进行完善和提升，进而达到更高层次的功能结合一体化。由于釆用了交流步进电机，而且使用幵环控制，因而在精度控制上无法达到更高层次的精度，且没有反馈环节。另外，由于最新智能芯片的发展，且考虑芯片替代的可能性，后续发展ARM芯片将更具优势，因此，考虑用ARM控制系统替代单片机控制系统，可以减少硬件体积，更多的放在计算机控制上，会进一步提高梯度胶片制作装置的层次。
参考文献
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