微生物培養(yǎng)箱溫濕度控制技術(shù)的信息化管理應(yīng)用

在微生物培養(yǎng)箱研究早期，由于溫度和濕度控制經(jīng)常出 現(xiàn)串?dāng)_，因此有技術(shù)人員提出了將溫度和濕度單獨(dú)進(jìn)行控制 的設(shè)想。該設(shè)想將微生物培養(yǎng)箱的整個(gè)控制系統(tǒng)改為雙閉環(huán) 控制，系統(tǒng)設(shè)定“溫度”為優(yōu)先級控制，當(dāng)溫度調(diào)控到目標(biāo)值 后，再調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱內(nèi)濕度值。由于雙閉環(huán)控制避免了溫度、濕 度相互影響，可以保證溫濕度都達(dá)到預(yù)期的控制要求。但是現(xiàn) 階段這種設(shè)想還處于試驗(yàn)階段，具體的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一 步的驗(yàn)證和優(yōu)化。

目前，比較成熟的微生物培養(yǎng)箱溫濕度控制技術(shù)，是借助 于設(shè)備內(nèi)置的單片機(jī)（小型計(jì)算機(jī)），通過人為錄入程序，根據(jù) 程序算法對培養(yǎng)箱內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制。同時(shí)，在培養(yǎng)箱內(nèi)部 安裝多個(gè)傳感裝置，這些傳感器可以分別收集溫度信號、濕度 信號，然后將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信號被單片機(jī)所識別。單片機(jī)根 據(jù)程序指令，自動微調(diào)溫度和濕度，精確值可以滿足微生物培 養(yǎng)的要求。這種基于程序算法的溫濕度控制技術(shù)，雖然具有一 定的應(yīng)用優(yōu)勢，但是對硬件要求較高。

PID 控制器是一種典型的反饋回路控制裝置，前端數(shù)據(jù)采 集器將收集到的信號傳遞到控制單元中，與控制單元內(nèi)部數(shù)據(jù) 庫的存儲信息進(jìn)行比較，然后將兩者之間的差值作為新的輸入 值，完成參數(shù)的調(diào)整。就目前來看，市場上 70% 左右的微生物 培養(yǎng)箱，都是采用這種傳統(tǒng) PID 控制算法。這種算法的應(yīng)用優(yōu) 勢在于具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，可以通過技術(shù)人員編寫的調(diào)控 指令，對不同型號、參數(shù)的微生物培養(yǎng)箱進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而提高了經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。但是隨著新技術(shù)的應(yīng)用，這種基于傳統(tǒng)算 法的控制技術(shù)，也逐漸暴露出一些問題，例如信息化程度不高， 尤其是在一些溫濕度要求精度較高的條件下，傳統(tǒng) PID 算法由 于精度達(dá)不到要求，而難以滿足微生物培養(yǎng)的需要。

微生物對于培養(yǎng)箱內(nèi)環(huán)境變化的敏感程度較高，尤其是那 些具有較高科研價(jià)值或經(jīng)濟(jì)價(jià)值的微生物，如果因?yàn)闇貪穸瓤?制不當(dāng)導(dǎo)致微生物大量死亡或科研工作失敗，將會造成嚴(yán)重的 損失。因此，在傳統(tǒng) PID 控制算法的基礎(chǔ)上，近年來技術(shù)人員 致力于進(jìn)行技術(shù)改良，克服傳統(tǒng) PID 控制算法的缺陷。智能 PID 控制算法結(jié)合了近年來蓬勃發(fā)展的人工智能技術(shù)，其應(yīng)用 優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，融入了模糊算法，可以更加便 捷、自動地調(diào)整控制變量，使溫度、濕度值的精確性滿足微生物 培養(yǎng)要求；第二，對硬件設(shè)備的要求降低，無形中降低了技術(shù)成 本；第三，可以利用智能控制實(shí)現(xiàn)外部硬件設(shè)備聯(lián)動，除了可以 應(yīng)用于微生物培養(yǎng)外，還可以應(yīng)用到其他控制環(huán)境中。