Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка термостата для биолаборатории

Содержание:

Аннотация 2 Введение 4 1. Обзорная часть 6 1.1. Лабораторные термостаты 6 1.2. Постановка задачи 9 1.3. Обзор аналогов термостатов для
биолаборатории 11 1.4. Патентный обзор 14 2. Специальная часть 18 2.1. Описание и разработка термостата для биолаборатории 18 2.2. Разработка структурной схемы 24 2.3. Разработка функциональной схемы 25 2.4. Разработка принципиальной схемы 26 2.4.1. Разработка общей принципиальной
схемы устройства 26 2.4.2. Разработка принципиальной схемы платы
управления 32 2.5. Разработка алгоритма функционирования 46 2.5.1. Управление термостатом 46 2.5.2. Алгоритм работы микроконтроллера 51 Заключение 57 Стандартизация 59 Список использованных источников 60 Приложение А. Графическая часть 63 Приложение Б. Перечень элементов 70

Введение:

В современном
мире активно развиваются такие сферы как медицина, биология, вирусология и т.д.
И такой прибор как термостат востребован в лабораториях самого разного профиля:
химических, медицинских, биологических, исследовательских, испытательных,
производственных. Термостаты используют в промышленности и в сельском
хозяйстве, в микробиологии и генетике, бактериологии и фармацевтике, в
лабораториях обычных поликлиник и в крупнейших научных центрах. Во многих исследованиях
термостат является важнейшим оборудованием, без которого обойтись невозможно.Главная
задача термостата — поддержание заданной температуры с высокой точностью. В какой
ситуации это может потребоваться? Если перечислять все случаи, то список
окажется огромный. Это и определение вязкости, и серологические исследования,
пробы молока, определение химического и бактериологического показателей
кислорода в воде, медицинские процедуры. Продолжать можно бесконечно. С его
помощью создаются оптимальные условия для выполнения тех или иных реакций. Не
исключено применение с целью хранения лабораторных образцов, которые при
обычных условиях быстро портятся. Термостаты
для биолабораторий также очень востребованы, так как для роста и развития
микробов нужна постоянная оптимальная для каждого вида определенная
температура, то есть для выращивания микробных культур в лаборатории необходимо
иметь специальные термостаты. Таким образом, актуальность данной темы не
вызывает никаких сомнений.

В настоящее время на рынке представлен очень широкий ассортимент лабораторных
термостатов с широким выбором основных и дополнительных функций, параметров и
настроек. Ценовой диапазон предлагаемых термостатов также очень широк. Проведённый анализ рынка показывает, что в настоящее несмотря на широкий
выбор лабораторных термостатов, устройства, отвечающие всем самым современным
требованиям, имеют очень высокую цену. Цель данной выпускной квалификационной
работы — решение задачи разработки современного и дешевого варианта
лабораторного термостата. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 4БМб1.1.04.020000ПЗ

Заключение:

В&nbspданной&nbspвыпускной&nbspквалификационной&nbspработе&nbspбыл&nbspразработан&nbspтермостат&nbspдля&nbspприменения&nbspв&nbspбиологических,&nbspмедицинских&nbspи&nbspдругих&nbspлабораториях&nbspс&nbspмикропроцессорной&nbspсистемой&nbspуправления.&nbsp
Были&nbspпроведены&nbspпатентные&nbspисследования&nbspразличных&nbspконструкций&nbspи&nbspсхемотехнических&nbspрешений,&nbspа&nbspтакже&nbspприведен&nbspобзор&nbspнаиболее&nbspпопулярных,&nbspпредлагаемых&nbspна&nbspрынке&nbspтермостатов.&nbspБыло&nbspвыявлено,&nbspчто&nbspбольшинство&nbspтермостатов&nbspиспользуют&nbspв&nbspкачестве&nbspтеплоносителя&nbspжидкость,&nbspчто&nbspнакладывает&nbspопределенные&nbspограничения&nbspна&nbspих&nbspиспользование,&nbspа&nbspтакже&nbspусложняет&nbspэксплуатацию&nbspданных&nbspприборов.&nbspСуховоздушные&nbspтермостаты&nbspне&nbspобладают&nbspнеобходимым&nbspфункционалом,&nbspа&nbspтакже&nbspимеют&nbspнедостаточно&nbspинформативные&nbspпанели&nbspуправления.&nbspСтоит&nbspотметить,&nbspчто&nbspцены&nbspна&nbspпредлагаемые&nbspтермостаты&nbspтакже&nbspдостаточно&nbspвысоки.&nbsp
При&nbspпроектировании&nbspструктурной&nbspсхемы&nbspтермостата&nbspбыл&nbspсделан&nbspвыбор&nbspв&nbspпользу&nbspсуховоздушного&nbspтипа&nbspохлаждения&nbspс&nbspиспользованием&nbspтермоэлектрических&nbspмодулей&nbspПельтье.&nbsp
При&nbspпроектировании&nbspфункциональной&nbspсхемы&nbspтермостата&nbspбыл&nbspсделан&nbspвыбор&nbspв&nbspпользу&nbspмикропроцессорной&nbspсистемы&nbspуправления.&nbspБыло&nbspпринято&nbspрешение&nbspиспользовать&nbspрегулирование&nbspоборотов&nbspциркуляционного&nbspи&nbspохлаждающих&nbspвентиляторов,&nbspрегулирование&nbspнагрева&nbspс&nbspизменением&nbspрежима&nbspнагрев/охлаждение&nbspпроизводить&nbspс&nbspпомощью&nbspмостового&nbspинвертора.
При&nbspпроектировании&nbspпринципиальной&nbspсхемы&nbspтермостата&nbspбыла&nbspразработана&nbspсхема&nbspплаты&nbspуправления&nbspна&nbspоснове&nbspсовременного&nbspмикроконтроллера&nbspSTM32,&nbspпроизведен&nbspвыбор&nbspэлементной&nbspбазы&nbspрегуляторов,&nbspмостового&nbspинвертора&nbspи&nbspвсех&nbspнеобходимых&nbspвспомогательных&nbspцепей.&nbsp&nbsp&nbsp
Внедрение&nbspданного&nbspбиолабораторного&nbspтермостата&nbspпозволит&nbspсущественно&nbspповысить&nbspфункционал&nbspпри&nbspиспользовании&nbspданного&nbspприбора.&nbspПанель&nbspуправления&nbsp&nbspболее&nbsp&nbsp&nbspинформативна,&nbsp&nbspчем&nbsp&nbspв&nbsp&nbspпредлагаемых&nbsp&nbspаналогах.&nbsp&nbspБыстрое&nbspизменение&nbspполярности&nbspнапряжения&nbspна&nbspмодулях&nbspПельтье&nbspпозволяет&nbspбыстрее&nbspменять&nbspрежимы&nbspработы&nbspтермостата&nbspи&nbspвыходить&nbspна&nbspзаданную&nbspтемпературу.&nbspКроме&nbspтого,&nbspмикропроцессорная&nbspсистема&nbspуправления&nbspпозволяет&nbspвносить&nbspпри&nbspнеобходимости&nbspизменения&nbspв&nbspпрограммное&nbspобеспечение&nbspв&nbspчасти&nbspвведения&nbspдополнительных&nbspфункций&nbspи&nbspнастроек&nbspбез&nbspразработки&nbspновой&nbspсхемы&nbspуправления.&nbsp
В&nbspданную&nbspконцепцию&nbspзаложен&nbspогромный&nbspмодернизационный&nbspпотенциал&nbspв&nbspчасти&nbspнаращивания,&nbspпри&nbspнеобходимости,&nbspколичества&nbspтермодатчиков&nbspи&nbspмодулей&nbspПельтье.&nbspВ&nbspбудущем&nbspпредлагается&nbspиспользовать&nbspмостовой&nbspинвертор&nbspне&nbspтолько&nbspдля&nbspмодулей&nbspПельтье,&nbspно&nbspи&nbspдля&nbspциркуляционного&nbspвентилятора,&nbspс&nbspцелью&nbspсмены&nbspнаправления&nbspвращения.&nbspСмену&nbspнаправления&nbspвращения&nbspцелесообразно&nbspпроизводить&nbspпри&nbspизменении&nbspрежима&nbspнагрев/охлаждение.&nbsp&nbsp
Подводя&nbspитог&nbspможно&nbspс&nbspуверенностью&nbspзаявить,&nbspчто&nbspразработан&nbspсовременный&nbspнедорогой&nbspбиолабораторный&nbspтермостат,&nbspкоторый&nbspнайдет&nbspсвое&nbspприменение&nbspне&nbspтолько&nbspв&nbspбиологических,&nbspно&nbspи&nbspхимических,&nbspмедицинских,&nbspсельскохозяйственных&nbspлабораториях.&nbsp

Фрагмент текста работы:

1. Обзорная часть Изм.Изм. Лист № докум.. Подпись ДатаДата Лист 6 4БМб1.1.04.010000ПЗ 1БМ1.2.84.000000ПЗ Разраб. Мурашкина Е.В. Провер. Киба Д.А. Н.контр. Амосова С.Г. Утверд. Киба Д.А. 1 Обзорная часть Лит. Листов 75 Кафедра ПЭ 1.1 Лабораторные термостаты Лабораторный термостат — это специальный
универсальный прибор необходимый для нагрева, охлаждения и поддержания
температуры в заданном диапазоне с заданной точностью.

Термостаты представляют собой металлические ящики —
шкафы с двойными стенками, обогреваемые теплым воздухом (воздушные термостаты)
или водой (водяные термостаты). В настоящее время большинство термостатов
конструируется с электрическим обогревом. На верхней крышке термостата
устанавливается термометр и терморегулятор для поддержания температуры на
определенном уровне. Существуют различные системы терморегуляторов (ртутные,
биметаллические), подробно описываемые в паспорте, прилагаемом к прибору. Для
максимального снижения потерь тепла, сам термостат в большинстве случаев
стараются изолировать от внешних тепловых воздействий. Снаружи термостаты
покрываются теплоизолирующим материалом (асбестом и пр.).В разделе физики, изучающим
тепло в целом – термодинамике, термостатом чаще всего принято считать систему,
которая имеет настолько большую теплоемкость, что тепло, которое подводится к
этой системе, совсем не изменяет температуру системы.

Современные термостаты, не зависимо от технологии,
которая реализуется для создания нужной среды, оснащены автоматикой. Приборы
компьютеризированы и могут поддерживать рабочую температуру без участия
человека. Система сигнализации и автоматическая защита обеспечивают безопасное
использование этого оборудования.