微生物培養(yǎng)箱溫濕度控制技術

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)串擾，因此有技術人員提出了將溫度和濕度單獨進行控制 的設想。該設想將微生物培養(yǎng)箱的整個控制系統(tǒng)改為雙閉環(huán) 控制，系統(tǒng)設定“溫度”為優(yōu)先級控制，當溫度調(diào)控到目標值 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到預期的控制要求。但是現(xiàn) 階段這種設想還處于試驗階段，具體的應用效果還有待進一 步的驗證和優(yōu)化。

目前，比較成熟的微生物培養(yǎng)箱溫濕度控制技術，是借助 于設備內(nèi)置的單片機（小型計算機），通過人為錄入程序，根據(jù) 程序算法對培養(yǎng)箱內(nèi)的溫濕度進行控制。同時，在培養(yǎng)箱內(nèi)部 安裝多個傳感裝置，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)化為二進制信號被單片機所識別。單片機根 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，雖然具有一 定的應用優(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。這種算法的應用優(yōu) 勢在于具有較強的自適應能力，可以通過技術人員編寫的調(diào)控 指令，對不同型號、參數(shù)的微生物培養(yǎng)箱進行動態(tài)調(diào)整，從而提高了經(jīng)濟利用價值。但是隨著新技術的應用，這種基于傳統(tǒng)算 法的控制技術，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 些具有較高科研價值或經(jīng)濟價值的微生物，如果因為溫濕度控 制不當導致微生物大量死亡或科研工作失敗，將會造成嚴重的 損失。因此，在傳統(tǒng) PID 控制算法的基礎上，近年來技術人員 致力于進行技術改良，克服傳統(tǒng) PID 控制算法的缺陷。智能 PID 控制算法結合了近年來蓬勃發(fā)展的人工智能技術，其應用 優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個方面：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，對硬件設備的要求降低，無形中降低了技術成 本；第三，可以利用智能控制實現(xiàn)外部硬件設備聯(lián)動，除了可以 應用于微生物培養(yǎng)外，還可以應用到其他控制環(huán)境中。