PDF《基于 PID 算法的高精度恒温混溶控制系统》

电子设计工程 Electronic Design Engineering 第27卷Vol.

27 第11期No.11 2019年6月Jun.

2019 收稿日期: 2018-09-25 稿件编号:

201809099 作者简介: 唐志勇 (1982―) , 男, 湖南衡东人, 硕士.研究方向: 生物医疗器械. 恒温混溶控制装置在生物样品孵育、 催化、 混匀 及保存等反应过程有着广泛的应用, 如在酶切反应、 DNA、 RNA 和质粒的纯化、 cDNA 的逆转录合成、 细 菌培养、 免疫沉淀、 PCR 反应体系预混和酶反应体系 预混等领域中都需要恒温混溶操作.恒温 混匀装 置温度参数的准确性和混溶的效果对实验结果有着 巨大的影响[1] .其技术要求温度均匀性达到± (0.3~ 1.0) ℃, 温度稳定性达到± (0.3~1.0) ℃.本文介绍的 恒温混溶系统结构简单, 温度控制精度达到±0.2 摄 氏度, 并使用金属等温块来保证孔间温度的均一性, 均匀性达到±0.3℃, , 转速控制精度达到±20 r/min, 总 体优于系统技术要求.

1 控制系统概述 系统结构原理如图

1 所示, 利用铂电阻跟随温 度变化的特性, 通过温度采集电路将温度信号转换 成相应的电压信号, 电压信号经过差分放大及滤波 后连接到微处理器的 AD 输入口, 微处理器经过运算 实时获取被控对象的温度, 恒温混溶仪有两路温度 控制, 一路用于混溶振动模块的温度控制, 混溶振动 模块有多种等温金属孔板以插放不同大小的试管, 微处理器通过半导体制冷片对金属孔板进行加热或 制冷以控制金属孔板中试管里的试剂温度, 另一路 用于热盖, 热盖里面嵌入了等温金属板并通过合页 覆盖在混溶振动模块上, 可手动翻开.微处理器通 过加热膜对热盖里的金属板进行加热, 金属板对试 管上方的空气进行加热以防止试管内部冷凝水的产 生.通过按键和显示电路, 根据需求设置混溶模式、 目标温度、 目标转速和运行时间等, 用户通过按键启 动恒温混溶, 控制单元中的微处理器实时获取电机 转速并通过增量 PID 算法输出 PWM 波来控制电机 达到目标转速并恒定在目标转速.同时, 微处理器 以获取的被控物体的温度为反馈, 结合模糊算法和 基于 PID 算法的高精度恒温混溶控制系统 唐志勇 (广东顺德创新设计研究院 (广东顺德工业设计研究院)广东 佛山 528311) 摘要: 基于对生物样品孵育、 催化、 混匀及保存等反应过程中进行精确温度控制和匀速混溶控制的 目的, 采用以 PID 算法控制无刷直流电机和半导体制冷片的方法, 通过样机设计和实验测试, 验证 得到系统的温度控制精度为±0.2 摄氏度, 系统的转速控制精度在±20RPM 以内.该恒温混溶控制 系统具备多种操作模式并且在生物样品处理过程中性能稳定、 控制精确, 具有广泛的应用价值. 关键词: PID 算法;

温度控制;

速度控制;

微处理器 中图分类号: TN98 文献标识码: A 文章编号: 1674-6236 (2019) 11-0096-04 High precision thermostatic mixing control system based on PID algorithm TANG Zhi?yong (Guangdong Shunde Innovation Design Institute, Foshan 528311, China) Abstract: Based on the purpose of precise temperature control and mixing control during the incubation, catalysis,mixing and preservation of biological samples. Using PID algorithm to control the brushless DC motor and the semiconductor refrigerating chip. Through the prototype design and testing, the temperature control accuracy of the system is ± 0.2 degrees Celsius,and the system'