一种无菌培养基温度测量装置的设计研究

　　1 引言

　　在生物实验室配制无菌培养基时,经常需要向培养基中加入各种有机试剂, 如抗菌素等, 很多加入的有机物在超过一定温度时会失活或分解, 因此, 需要在培养基经过高温灭菌后,降温到 50℃以下,在无菌条件下加入不耐热的物质[1]。尤其是配制固体培养基时,这些易失温物质需要在50℃以下40℃以上(琼脂的凝固点)时加入。由于培养皿一般密封, 不可直接测量其内温度, 目前,生物实验室中通常的做法是用手触摸装有培养基的容器外壁,把经高温灭菌后培养基的温度降到用手可忍受温度时,判断为加入的合适温度。这种方法存在着精确度低、可重复性差, 操作者需要多次触摸高温物体,容易对操作者造成一定伤害等缺点。现在,市场上有多种温度测量实验设备[2,3,4],但目前还没有针对无菌培养基的温度测量实验设备和相关研究的报道。本研究设计制作了一种适用于生物实验室的一种可提示无菌培养基温度的实验设备。

　　2 设计方案

　　2.1 元件选择

　　本设计为测温系统,传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件, 利用热敏电阻等期间的感温效应, 将随被测物体温度变化而变化的电流或者电压采集过来,进行 A/D 转换,送入单片机进行数据处理,这种设计的优点是价格较为低廉, 但需要后续信号处理电路, 软件设计也较麻烦,且存在可靠性差,精度低等缺点[4]。本设计采用温度传感器 DS18B2 来进行温度测量,直接采用测温芯片,简化数据传输与处理的过程。DS18B20 温度传感器具有测温灵敏度高等特点, 且其独特的一线接口,只需要一条口线通信,简化了分布式温度传感应用。其应用简单无需外部元件, 可用数据总线供电, 电压范围为3.0V 至5.5V 无需备用电源,测量温度范围为-55℃至+125℃,精度为± 0.5℃。完全满足产品温度范围以及精度要求。

　　单片机选用AT89C52,AT89C52 是一个低电压,高性能 C M O S 8 位单片机, 供电电压与温度传感器DS18B20 相匹配,可选用5v 电压。

　　2.2 硬件设计方案

　　本设计希望系统测量温度到达 50℃红灯亮,一直亮到40℃,红灯灭,50℃时蜂鸣器发出 3 声 2hz 高频鸣叫,提醒实验人员可以使用培养基,40℃时蜂鸣器再次发生3 声 1hz 较低频的鸣叫,提醒实验人员琼脂已经开始凝固。温度一直由 led 显示屏显示。

　　根据系统功能要求, 构造图 1 所示的系统原理结 构 框:

　　DS18B20 与 AT89C8052 单片机连接只需将D S 1 8 B 2 0 信号线与单片机的一个 I / O 线相连, 将DS18B20 的单总线与单片机的P2.0 口相连,P2 口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。DS18B20可以通过2 种方式供电:外加电源方式和寄生电源方式[2]。由于温度高于100℃使用寄生电源时,DS18B20 在这种温度下表现出的漏电流比较大, 通讯可能无法进行, 且外加电源方式下 DS18B20 抗干扰性能较强[3],故本本设计采用外加电源形式。