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基于STM32单片机的无线PCR仪温度校准装置设计
摘要
PCR技术在分子生物学和生物医学等领域的研究中有着广泛的应用。如果PCR仪
的基因扩增效果不理想,可能导致出现相反的研究结论或检测结果。因此,对PCR仪进
行定期校准显得十分关键。为确保PCR仪工作状态良好,特别是确保在预定温度范围
内稳定运行,本文设计了一款高效可靠的PCR仪温度校准装置。
PCR仪温度校准装置的设计分为三部分:硬件系统、上位机软件和测温方案。硬件
系统基于STM32单片机进行设计,使用NTC热敏电阻进行测温,使用低功耗蓝牙与上
位机进行数据传输。上位机软件基于C++语言和Qt开发环境进行设计。本文通过总结
同类型软件的优缺点和分析具体软件功能需求,对UI界面和所有功能进行了合理化的
布局和设计。在程序设计方面,设计出了合理清晰的代码结构,并且通过结合多线程技
术和第三方库,完成了复杂的软件功能。
测温方案基于热敏电阻标定方法进行设计。本文通过选择热敏电阻、设计测温探头
和设计热敏电阻标定方法,实现了高精度的温度测量。通过实验验证,本文设计的测温
方案使PCR仪温度校准装置具有精度高、稳定性强的特点,最大允许误差为±0.08℃。
本文对该PCR仪温度校准装置的示值误差进行了扩展不确定度评定,涵盖了测量
过程中可能存在的误差和不确定性,对温度测量值的可靠性和准确性进行了量化的估计,
其扩展不确定度为0.04℃。本文使用设计的PCR仪温度校准装置对PCR仪进行了校准
实验,对该装置进行了实际的应用。
本文设计的PCR仪温度校准装置实现了高精度的测温方案,使该装置在测温精度
方面具有一定的优势。其最大允许误差为±0.08℃,扩展不确定度为0.04℃。硬件系统使
用低功耗蓝牙进行数据传输,整体可靠、便携。上位机软件功能强大,为校准工作提供
了便利。
关键词:PCR仪;温度校准;扩展不确定度;STM32单片机;Qt
基于STM32单片机的无线PCR仪温度校准装置设计
ABSTRACT
PCRtechnologyiswidelyusedinresearchfieldssuchasmolecularbiologyand
biomedicine.IfthegeneamplificationeffectofthePCRmachineisnotideal,itmayleadto
oppositeresearchconclusionsortestresults.Therefore,regularcalibrationofthePCRmachine
isveryimportant.InordertoensurethatthePCRinstrumentisingoodworkingcondition,
especiallytoensurestableoperationwithinthepredeterminedtemperaturerange,thisthesis
designedanefficientandreliablePCRinstrumenttemperaturecalibrationdevice.
ThedesignofthePCRinstrumenttemperaturecalibrationdeviceisdividedintothreeparts:
hardwaresystem,hostcomputersoftware,andtemperaturemeasurementsolution.The
hardwaresystemisdesignedbasedontheSTM32microcontroller,usesNTCthermistorfor
temperaturemeasurement,anduseslow-powerBluetoothfordatatransmissionwiththehost
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