基于ARM的生物安全柜控制器设计

　　生物安全柜是采用隔离技术防止危险性微生物向外界扩散的一种设备。随着生物技术的不断发展，生物学的研究对象不断增加，危险性随之增加。有关实验室感染加深了人们对生物学危险的认识，空气洁净技术的发展与应用使人们认识到隔离技术可以防止危险性微生物向外界扩散。目前的生物安全柜控制器通常采用8位单片机，带有A/D、D/A或PWM，主要以增量式数字PID控制器作为控制策略。随着自适应控制和智能识别等控制策略的深入研究，传统的单片机已不能满足运算的速度要求。而32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片具有低功耗、高性价比的特点，并且可以发挥其高速度与高精度的优势。

　　基于此，本文搭建了以Samsung公司生产的32位芯片S3C44B0X(ARM7TDMI核心)作为处理器的控制系统，采用μClinux作为嵌入式操作系统，设计了一种经济、高效、实用、升级方便的生物安全柜控制系统。

　　1 控制器设计要求

　　病原微生物对人的感染一般可有呼吸道吸入、口腔进入、通过破损皮肤以及粘膜侵入等途径[4]。在感染事故中，则有30%是由气溶胶引起的。

　　根据生物安全柜的基本原理提出的设计要求有以下几点：

　　(1)空气循环

　　作为保证安全的主要工作器件，本生物安全柜的风机和过滤器采用了进口产品，并且采用微压传感器作为监控设备。采用垂直流工作方式，伴随着风幕的形成和排气空气过滤器的使用，使其可以在对环境要求相当高的情况下使用，可以使试验物质不会逸出而污染环境。

　　(2)报警处理

　　本安全柜设计了监控系统，当前窗上升到超过安全的开窗高度(玻璃门未停留在安全位置)将会报警。基于S3C44B0X的控制系统通过压差传感器实时检测工作区内压力的各级参数，确保生物安全柜的性能满足要求，一旦过滤膜失效，系统将自动报警，提醒用户及时更换过滤膜。

　　(3)控制功能

　　用户界面为LCD显示，对安全柜内主要电气设备(照明灯、紫外线灭菌灯、风机等)采用按键控制;监控系统的信号为控制系统所接收，并且在处理后执行相应的控制程序;在程序设计中采用容错、避错技术，当操作人员误操作时，系统仍能正常工作;检测到危险情况时，立即报警并驱动设备到指定状态。

　　2 控制器硬件设计

　　2.1 系统硬件结构

　　系统硬件结构如图1所示。

　　2.2 系统硬件构成

　　(1)CPU的选择

　　这里CPU选用的是Samsung公司的S3C44B0X，这是一款ARM7系列的处理器，工作频率为66MHz，片上集成8KB cache、存储控制器、LCD控制器、4通道DMA、2通道UART、1通道I2C、1通道I2S、5通道PWM定时器、1通道内部定时器、看门狗、8通道10位ADC、71个通用IO口(复用)、8通道外中断源、RTC和片上时钟产生器。含有非常丰富的片上资源，几乎所有常用的芯片级总线结构都有对应的硬件控制器，在做外围扩展时非常方便。片上ICE中断调试支持JTAG调试方式，使系统调试很方便。同时，采购比较方便，成本较低。