前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的阻抗生物傳感器系統設計論文，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
1基本結構和工作原理
1．1工作原理
本研究以病原菌為檢測對象，通過蛋白A將病原菌抗體固定于金叉指陣列微電極表面，制備了一種阻抗型傳感器。以Fe(CN)3－/4－6作為氧化還原對，經過化學電阻抗譜表征電極表面修飾及抗原捕獲過程，采用等效電路闡述其阻抗譜的變化。實驗結果表明，待測溶液中病原菌濃度的對數值與叉指陣列微電極的電子傳遞阻抗的變化值呈線性關系。傳感器系統將上面的輸出信號進行電壓放大、A/D轉換等處理，然后由已知的定量檢測模型得出表征被測物含量的數值，并通過LCD裝置進行顯示，且可在超過安全值時進行報警。
1．2基本結構
實現定量檢測和自動報警等功能，單片機是核心部件。本設計選用STC89C52單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可滿足系統工作的要求。該系統以STC89C52單片機為核心，包括阻抗測試模塊、阻抗電壓轉換模塊、電壓放大電路模塊、A/D轉換模塊和顯示及報警模塊。此系統采用模塊化設計不僅便于擴充不同測量單元，而且可防止各模塊間相互干擾，利于儀器穩定。
2硬件選型及電路設計
2．1集成放大器選擇
A/D轉換電路所需的電壓幅值一般為2V，而叉指微電極輸出的電壓信號比較小，所以需要對叉指微電極輸出的電壓信號進行放大。主放大電路采用放大器ICL7650，其電路具有電源電壓范圍寬、靜態功耗小、可單電源使用及價格低廉等優點，廣泛應用在各種電路中。
2．2A/D轉換模塊設計
經放大電路輸出的電壓值是模擬信號，不能直接送入單片機進行處理，還必須進行A/D轉換后送入單片機進行處理。本設計選擇ADC0809芯片作為AD轉換裝置，此芯片功能簡單，能穩定實現本設計的要求。
2．3顯示及報警模塊設計
2．3．1顯示電路設計
傳感器需要輸出液晶顯示結果，主要包括檢測物名及物質濃度等。本系統選用LCD1602液晶顯示屏，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，能夠同時顯示16×2(16列2行，即32個)字符，可滿足顯示檢測物名稱和濃度的要求。
2．3．2報警電路設計
為了實現超限自動報警的功能，需要蜂鳴器接受單片機發出的超限報警信號發出警報，警示微生物的數量已經超標。要實現自動報警的功能，可采用實現單頻音報警。其接口電路較簡單，發音元件為壓電蜂鳴器，當在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓時，可產生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結構簡單、耗電少，更適于在單片機系統中應用。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可在單片機一端口接一只三極管和電阻組成的驅動電路來驅動。濃度超標時，單片機P3．6輸出高電平，驅動蜂鳴器報警，提醒檢測者被測物超標，并做相應處理。
3軟件設計
為了便于程序修改和升級，軟件系統采用模塊化設計方法，主要程序包括:主程序、鍵盤處理子程序、數據處理子程序、液晶顯示子程序及報警子程序。系統工作流程為:檢測人員通過鍵盤輸入被測物種類，MCU通過判斷處理之后，阻抗測試儀測量獲得多個阻抗值，經阻抗電壓轉換電路和放大電路，A/D轉換器處理，將得到的數字信號送入MCU;MCU對數字進行計算、比較等處理，得到被測物濃度，判斷出濃度是否超限;接著，MCU將濃度送入LCD進行顯示，判斷比較結果是否需要進行報警，需要時則控制報警器報警。
4結論
本文設計的阻抗傳感器系統是以STC89C52單片機為核心，鍵盤輸入被測物種類，叉指微電極測量獲得阻抗值，經電阻電壓轉換電路和電壓放大電路、A/D轉換處理，數字信號由已知的定量檢測模型得出表征被測物的含量，并進行LCD顯示和超限報警功能。該系統滿足國家對食品安全檢測標準的要求，且裝置結構緊湊、成本低、分析速度快、靈敏度高，應用前景好。
作者：許洋 謝玉芳 胡耀華 李敏通 單位：西北農林科技大學機械與電子工程學院 美國阿肯色大學生物與農業工程系