聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction),简称PCR反应,是一种体外核酸扩增技术,利用该技术能够从复杂的DNA分子中选择性的复制扩增一段特异的序列。能够自动完成PCR反应的仪器就是PCR仪,称为酶链聚合扩增仪。目前,PCR仪已经广泛应用于生命科学研究、生化分析、临床诊断、药物分析、法医鉴定和疫情快速检验等多个领域。本课题针对PCR仪的温度控制进行研究,完成了基于ARM9的嵌入式PCR仪硬件系统的设计,并在此基础上研究PCR仪温度控制算法和温度均匀性控制。论文的主要内容如下:第一章概述了PCR反应的基本原理以及PCR仪的国内外发展现状,阐述了温度控制器和温度控制算法的研究现状,最后提出论文的研究内容、方法以及难点。第二章主要介绍了PCR仪硬件系统设计,首先概述了硬件系统的组成,然后详细介绍了基于半导体制冷方式的变温系统设计和基于ARM9的嵌入式温度控制器设计,最后简要介绍了热盖、风扇等辅助部件设计。第三章研究了PCR仪的温度控制算法,在继电自整定PID控制的基础之上,引入不依赖于模型的给定前馈补偿控制和模糊控制,提出模糊-前馈PID控制算法,在PCR仪上得到良好的应用效果。第四章研究了PCR仪温度均匀性控制,建立了PCR仪变温系统的有限元模型,对变温系统进行有限元的仿真,根据仿真分析改进系统模型,并通过仿真和实验证明了模型改进方案的可行性。第五章对PCR仪的样机进行实验分析,分别对继电自整定PID算法、给定前馈补偿的PID算法和模糊-前馈PID控制算法进行了实验,获得温度控制曲线。第六章对全文进行了总结,对后续工作进行了展望。