PCR仪是在医学工程方面应用非常广泛的一种仪器,它的关键技术是温度控制系统,即能实现快速、精确的温度控制从而完成多次热循环,来达到基因扩增的目的。一个热循环一般包括三个阶段,即变性、退火、延伸。本设计的目的就制作一种结构不复杂、价格较低、体积较小、性能精确度、温度均匀度能够满足要求的PCR扩增仪。论文首先介绍了当前PCR仪的原理和国内外发展现状,提出了PCR仪目前存在的一些问题,并对着问题进行了讨论,提出了论文的研究的意义和内容以及设计的特点。主要研究的内容包括(1)测温模块和变温模块,这是硬件电路中的重点内容,关系到温控系统的精确度和可靠性。本设计中采用的AD590作为热传感器组成测温电路,既提高了精确度,又减少了硬件的复杂程度。变温模块就是对温度的控制部分,主要采用的热电制冷片进行控制,既能减少设计的体积还能提高精确度。另外为了提高降温速率,还增加了一个散热风扇。(2)STC单片机主控电路的搭建,包括人机通信模块、AD和DA转换模块、串口通信模块、复位单元等。这部分主要是硬件电路的搭建内容,是温控系统正常工作的基础。其中AD转换是测温精确度的保障,所以硬件要保证其电压稳定,软件中多次采样对比来降低误差。DA转换则是通过连接差分放大电路来控制制冷片达到升降温的目的。(3)温控算法的设计。在软件算法上,设计主要采取了自适应模糊控制的原理。也就是将PID控制和模糊控制结合,当实际温度和设定温度相差较大的时候采取比例控制,当偏差在范围之内时候采取自适应模糊PID控制来进行准确的温度调节。并通过MATLAB对算法进行了仿真和对比。(4)温度均匀度的仿真和改进。反应槽是温度变化载体,其温度均匀度直接影响了反应试管的受热和最终实验结果。本论文对反应槽的受热进行了有限元的分析,得到其温度的分布情况,并且提出了相应的改进方法。通过有限元的分析和实际测量进行了对改进效果的验证。(5)软件的设计。系统的编程是采用C语言进行编程,主要程序有PID的算法程序、温度采集程序、数字滤波程序等。通过仿真和调试,初步体现了设计PCR仪的体积小、成本低、速度较快的优点。同时实验表明,系统的温控精确度在0.3℃左右,升降温速度大约在4℃/S,温度均匀度大约在0.4℃。性能能够满足当前医院和研究所的需要。