本文根據(jù)培養(yǎng)箱的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和恒溫恒濕智能控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，針對(duì)培養(yǎng)箱的自身特性，研制一套高精度、穩(wěn)定可靠的智能控制系統(tǒng)，以提高培養(yǎng)箱的性能，主要闡述了恒溫恒濕培養(yǎng)箱的智能控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，核心任務(wù)是恒溫恒濕箱的溫濕度控制系統(tǒng)的算法研究與設(shè)計(jì)。
在硬件設(shè)計(jì)中，首先設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)，然后根據(jù)控制精度和實(shí)際需要，對(duì)溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)的各模塊分別進(jìn)行器件選型及電路設(shè)計(jì)，主要由六個(gè)模塊組成：傳感器檢測(cè)部分、控制部分、被控對(duì)象、人機(jī)交互系統(tǒng)、單片機(jī)和電源。其功能主要包括按鍵、顯示、聲光報(bào)警、恒溫控制、恒濕控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下載。市電為控制系統(tǒng)的主要供電方式。為提高恒溫恒濕培養(yǎng)箱的可靠性和實(shí)用性，本課題提出一種配備后備電源的硬件方案，由鎳氫充電電池串聯(lián)組成，保障由傳感器、單片機(jī)、液晶、蜂鳴器等器件組成的監(jiān)測(cè)電路的工作，主電源供電時(shí)充電，斷電后可連續(xù)工作約24小時(shí)。
在軟件設(shè)計(jì)中，主要實(shí)現(xiàn)采樣、顯示、定時(shí)、中斷、控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通信等基本功能。其中控制功能優(yōu)劣直接決定了培養(yǎng)箱的品質(zhì)。本文依據(jù)實(shí)際工程背景，首先對(duì)智能控制算法研究，選擇模糊控制為基本控制算法，并借助Matlab設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在Simulink仿真環(huán)境中設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)逼近實(shí)際系統(tǒng)的調(diào)控，然后結(jié)合實(shí)踐提出一種在線插值算法對(duì)單一模糊控制的穩(wěn)態(tài)過(guò)程優(yōu)化，可滿足實(shí)驗(yàn)室的基本需求。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合PID，設(shè)計(jì)線性插值模糊PID算法，兼顧了模糊控制和PID控制的優(yōu)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)效果均理想，大大提高了控制效果，具有很好的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)不同控制策略的實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究和數(shù)據(jù)分析，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間短，穩(wěn)態(tài)誤差小的控制效果。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)表明，該控制系統(tǒng)方案合理，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，調(diào)試方便，完全滿足實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕培養(yǎng)箱的需求，有利于節(jié)約成本、提高熱效率、降低能耗和改善實(shí)驗(yàn)條件，且安裝使用方便，適合在生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用和推廣。http://www.xintiancheng.cn
