係統構成及關鍵硬件設備虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用於數據分析、過程通訊及圖形用戶界麵的軟件組成的測控係統，充分利用最新的計算機技術來實現和擴展傳統儀器的功能，其基本構成包括計算機

、虛擬儀器軟件
、硬件接口模塊等。係統硬件部分主要由基於ISA總線的32通道IO型數據采集卡、恒溫培養箱、發酵瓶、采氣袋、差壓開關
、差壓開關電路電磁閥、工控計算機等組成。

1）數據采集卡：本(ben)係(xi)統(tong)專(zhuan)為(wei)實(shi)驗(yan)室(shi)測(ce)試(shi)與(yu)控(kong)製(zhi)發(fa)酵(jiao)產(chan)氣(qi)試(shi)驗(yan)而(er)設(she)計(ji)，由(you)於(yu)該(gai)試(shi)驗(yan)對(dui)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)速(su)率(lv)與(yu)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun)量(liang)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)，故(gu)從(cong)經(jing)濟(ji)性(xing)角(jiao)度(du)考(kao)慮(lv)
，係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)了(le)北(bei)京(jing)中(zhong)泰(tai)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)的(de)基(ji)於(yu)ISA總線的光隔離開關量輸入接口卡PC26405和光隔離開關量輸出接口卡PC26407.該卡上的開關量輸入輸出通道共32路，分為4組，每組8路。32路輸入信號均可通過CPU巡檢方式工作，且32路開關信號的低端共地。輸入信號電平範圍為TTL～48V，電流消耗為≥5mA每路，每組信號之間、各組信號與接口卡之間隔離電平為≥500V

，能夠充分滿足試驗要求。

2）培養箱：培養箱選用BOXUN牌150SPXB2Z型生化培養箱，控溫範圍+5～50℃
，控溫均勻度為±0.5℃，壓縮機功率145W，加熱器功率150W.內部置有4～8層不鏽鋼托架，各層均加裝8個標定氣路接口，8個收集氣路接口和8個采集指示燈。

3）發酵瓶及其連接麵板：發酵瓶采用容積為100mL的模口瓶（附鋁易拉壓蓋和丁基橡膠塞），8個為一組，置於培養箱的1～4層。各發酵瓶均通過氣管與對應的差壓開關、電磁閥連接。

4）壓力傳感器：采用芬蘭HK公司生產的PS係列的差壓開關。開關類型為微動開關
，差壓為10Pa，電流容量為最大3A阻抗，2A感應，最大電壓為250VAC
，耐壓50kPa，滿足係統測量微壓的要求，具有精度高，反應靈敏的特點。

係統軟件設計軟件功能設計係統軟件平台選用美國NI公司開發的的圖形化編程語言工具Labview7.Labview是基於流程圖的圖形化編程方式，因此又被稱為G語言。與傳統語言相比Labview編程簡單、易於理解
，而且它針對數據采集、儀器控製、信號分析提供了豐富完善的功能圖標

，供用戶直接調用，免去了用戶自己編寫程序的繁瑣。利用Labview至少可將開發時間縮短14～13，並提高了測試係統的水平和係統的集成化<14
，15>。按照模塊化編程的思想可將係統軟件分為5個模塊，軟件結構如所示。

1）硬件控製模塊：通過調用IO卡PC26405
、PC26407的驅動程序實現信號傳輸及硬件控製。2）試驗參數設置模塊：對樣品參數
，采樣間隔
、電磁閥1延滯時間、數據保存路徑（如未設定係統將自動保存到默認路徑）進行設置，如所示為試驗參數設置界麵示意圖

，係統軟件的前麵板設計根據用戶需求設計為卡片式結構。3）產氣記錄保存模塊：對采集數據分離、篩選得到有效數據
，將有效數據綜合處理計算，最後把結果保存到指定路徑下。監控模塊：主要包括發酵瓶的獨立控製，電磁閥延滯時間的控製，各參數及產氣量-產氣時間曲線的實時動態顯示
、密碼保護設計等。如所示為產氣曲線顯示和控製界麵。幫助模塊：對係統的總體說明及使用指南。

軟件設計特點1）數據處理：由(you)於(yu)采(cai)樣(yang)間(jian)隔(ge)小(xiao)於(yu)信(xin)號(hao)變(bian)化(hua)周(zhou)期(qi)，所(suo)以(yi)采(cai)得(de)數(shu)據(ju)不(bu)全(quan)是(shi)有(you)效(xiao)數(shu)據(ju)，隻(zhi)有(you)從(cong)低(di)電(dian)平(ping)變(bian)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)的(de)信(xin)號(hao)才(cai)是(shi)令(ling)電(dian)磁(ci)閥(fa)導(dao)通(tong)的(de)信(xin)號(hao)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)對(dui)采(cai)集(ji)得(de)到(dao)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)分(fen)離(li)和(he)篩(shai)選(xuan)，篩(shai)選(xuan)流(liu)程(cheng)圖(tu)。篩(shai)選(xuan)得(de)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)為(wei)32gefajiaopingsuijidadaobiaodingyalidexinhao
，guxuyaojinyibupanduanxinhaoshiyoudijihaopingchanshengde，zuihou，duiyingjutifajiaopingdeshezhicanshujiangdedaodexinhaojinxingfenxi

、處理
、顯示和存儲。

2）發酵瓶排氣控製：發酵瓶中的氣體排放是通過控製電磁閥的開關信號實現的，為使排氣充分，必須延滯高平信號持續時間，有兩種方法可以實現此功能：一是采用帶計時器的電磁閥；二是在軟件中設計延滯程序。從經濟性和靈活性角度考慮，本係統采用在Labview中調用C++的方法設計了延滯程序。

3）抗幹擾設計：由於本係統具有試驗對象多，周期長的特點（一般為32種樣本，70～100h）
，故每個發酵瓶都設有獨立的控製單元，所有開關按鈕均具有密碼保護功能（包括係統停止按鈕）
，隻有在正確輸入密碼的情況下才能控製操作按鈕，這大大提高了試驗的安全性和可靠性。

結論將虛擬儀器技術引入到生物工程測控領域中，利用圖形化設計的思想，設計出操作簡單
，表達清晰
、直觀的人機界麵，是生物工程測控領域發展的趨勢。本文針對現有體外發酵產氣測控方法自動化程度低，人工測量誤差大
、試驗效率低等不足


，研製了基於Labview的體外發酵產氣自動記錄係統，試驗結果表明該係統具有良好的自動化、智能化、圖(tu)形(xing)化(hua)特(te)點(dian)，彌(mi)補(bu)了(le)過(guo)去(qu)測(ce)試(shi)試(shi)驗(yan)方(fang)法(fa)的(de)不(bu)足(zu)，提(ti)高(gao)了(le)實(shi)時(shi)測(ce)定(ding)結(jie)果(guo)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)和(he)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)，大(da)大(da)降(jiang)低(di)了(le)飼(si)草(cao)飼(si)料(liao)營(ying)養(yang)價(jia)值(zhi)評(ping)定(ding)科(ke)研(yan)工(gong)作(zuo)者(zhe)的(de)試(shi)驗(yan)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)。在(zai)結(jie)合(he)氣(qi)體(ti)體(ti)外(wai)發(fa)酵(jiao)氣(qi)體(ti)采(cai)樣(yang)和(he)氣(qi)體(ti)組(zu)分(fen)分(fen)析(xi)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，本(ben)係(xi)統(tong)還(hai)可(ke)作(zuo)為(wei)體(ti)外(wai)法(fa)評(ping)定(ding)飼(si)料(liao)瘤(liu)胃(wei)發(fa)酵(jiao)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)（甲烷、二氧化碳等）排放量估測的科學試驗研究技術手段。http://98fo.cn