恒温摇床温控系统设计与实现

恒温摇床是生化领域常用的实验仪器之一，为提高国内低价恒温摇床的温度控制精度，重新设计恒温摇床加热温控系统软硬件。硬件方面采用 STM32F103R6T6 作为主控芯片，PT100 作为温度传感器；软件方面在常规 PID 控制算法中引入变速积分和微分先行改进算法。系统测试结果表明，该恒温摇床加热控制系统温控精度达到±0.1°C，实现了预设的性能指标，且能达到高价恒温摇床的部分指标，具有一定的市场前景。

恒温摇床作为常用的实验仪器之一，主要为实验物品提供 一个温度恒定的实验平台，如发酵 、微生物及细胞培养等 ，可广泛应用于医学 、生物学 、农业科学等领域。我国每年进口的生化仪器产品主要来自美国、德国和日本等国家，金额高达400亿元以上。在温度控制理论研究方面，国内外对传统 PID 控制算法都作了许多改进，加入了微分先行、变速积分、积分分离等算法，在控制性能方面得到了一定提升。

目前一些先进的工业控制系统已引入串级控制、内模控制、模糊控制、专家控制、神经网络控制等技术，更先进的控制系统理论仍在进一步研究中。传统国内仪器设备在温度控制的响应速度 、稳定性 、控制精度方面效果不佳，不能满足一些对温度敏感生化实验的要求 。综合考虑性价比 ，在不改动产品原有设备结构和主要部件的情况下，只对恒温摇床核心部分——加热温控系统的软硬件重新进行设计 。本文采用过采样技术，在不增加硬件成本的基础上提高采样精度，为提高温控精度打下基础，并在常规的 PID 控制算法中引入变速积分和微分先行改进算法，有效改善了系统的静态和动态特性 ，使加热控制系统预设控制精度由原先的±1度提高到±0.1度 。 该系统旨在提高国内低价恒温摇床温控精度，为生物、化学等领域的科学实验提供便利，具有一定的市场前景。