微生物培養箱溫濕度控制技術的信息化管理應用

在微生物培養箱研究早期，由于溫度和濕度控制經常出 現串擾，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箱的整個控制系統改為雙閉環 控制，系統設定“溫度”為優先級控制，當溫度調控到目標值 后，再調節培養箱內濕度值。由于雙閉環控制避免了溫度、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 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 步的驗證和優化。

目前，比較成熟的微生物培養箱溫濕度控制技術，是借助 于設備內置的單片機（小型計算機），通過人為錄入程序，根據 程序算法對培養箱內的溫濕度進行控制。同時，在培養箱內部 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，然后將其轉化為二進制信號被單片機所識別。單片機根 據程序指令，自動微調溫度和濕度，精確值可以滿足微生物培 養的要求。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，前端數據采 集器將收集到的信號傳遞到控制單元中，與控制單元內部數據 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，完成參數的調整。就目前來看，市場上 70% 左右的微生物 培養箱，都是采用這種傳統 PID 控制算法。這種算法的應用優 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控 指令，對不同型號、參數的微生物培養箱進行動態調整，從而提高了經濟利用價值。但是隨著新技術的應用，這種基于傳統算 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 PID 算法由 于精度達不到要求，而難以滿足微生物培養的需要。

微生物對于培養箱內環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 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 PID 控制算法的缺陷。智能 PID 控制算法結合了近年來蓬勃發展的人工智能技術，其應用 優勢主要體現在三個方面：第一，融入了模糊算法，可以更加便 捷、自動地調整控制變量，使溫度、濕度值的精確性滿足微生物 培養要求；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外部硬件設備聯動，除了可以 應用于微生物培養外，還可以應用到其他控制環境中。