智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱系統(tǒng)升級(jí)與開發(fā)
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)是恒溫恒濕培養(yǎng)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,*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。
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