用于调节培养箱内气体浓度的方法及装置、培养箱与流程

1.本技术涉及生物医疗技术领域，例如涉及一种用于调节培养箱内气体浓度的方法及装置、培养箱。


背景技术：

2.目前，二氧化碳培养箱是通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境，来对细胞/组织进行体外培养的一种装置，是细胞、组织、细菌培养的一种先进仪器，是开展免疫学、肿瘤学、遗传学及生物工程所必须的关键设备。二氧化碳培养箱需要因此，需要精确调节箱体内的二氧化碳的浓度，用于培养人体的组织和细胞。
3.现有技术通过pid(proportion，integration，differentiation比例-积分-微分)的算法控制二氧化碳培养箱调节箱体内的二氧化碳浓度。
4.在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
5.由于工艺水平限制，二氧化碳培养箱的箱体的密封性无法做到百分百的密封，箱体内二氧化碳气体会发生泄露，导致箱体内的二氧化碳浓度下降。这样通过pid控制算法调节箱体内的二氧化碳浓度时，会受到箱体的密封性影响而产生误差，导致对二氧化碳浓度的调节不够精确。


技术实现要素：

6.为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
7.本公开实施例提供了一种用于调节培养箱内气体浓度的方法及装置、培养箱，以减少箱体的密封性对二氧化碳浓度调节的影响，提高对二氧化碳浓度调节的精确性。
8.在一些实施例中，所述培养箱包括用于向培养箱内输送二氧化碳的管路和控制管路通断的气体电磁阀，在气体电磁阀导通的情况下向培养箱内输送二氧化碳；所述方法包括：采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长；利用设定的气体泄露补偿值对导通时长进行补偿；根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。
9.在一些实施例中，所述装置包括：处理器和存储有程序指令的存储器，上述处理器被配置为在执行上述程序指令时，执行上述的用于调节培养箱内气体浓度的方法。
10.在一些实施例中，所述二氧化碳培养箱包括：用于向培养箱内输送二氧化碳的管路和控制管路通断的气体电磁阀，在气体电磁阀导通的情况下向培养箱内输送二氧化碳；以及上述的用于调节培养箱内气体浓度的装置。
11.本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法及装置、二氧化碳培养箱，可以实现以下技术效果：
12.培养箱采用pid控制算法，获得气体电磁阀的导通时长，并通过设定的气体泄露补
偿值对导通时长进行补偿，以控制气体电磁阀的导通，从而实现对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响。培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，能够减少箱体的密封性对二氧化碳浓度调节的影响，提高了二氧化碳浓度调节的准确性。
13.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
14.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
15.图1是本公开实施例提供的一个用于调节培养箱内气体浓度的方法的示意图；
16.图2是本公开实施例提供的另一个用于调节培养箱内气体浓度的方法的示意图；
17.图3是本公开实施例提供的另一个用于调节培养箱内气体浓度的方法的示意图；
18.图4是本公开实施例提供的另一个用于调节培养箱内气体浓度的方法的示意图；
19.图5是本公开实施例提供的另一个用于调节培养箱内气体浓度的方法的示意图；
20.图6是本公开实施例提供的一个用于调节培养箱内气体浓度的装置的示意图。
具体实施方式
21.为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
22.本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
23.除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
24.本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
25.术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，表示：a或b，或，a和b这三种关系。
26.术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，a与b相对应指的是a与b之间是一种关联关系或绑定关系。
27.本公开实施例公开了一种培养箱，包括用于向培养箱内输送二氧化碳的管路和控制管路通断的气体电磁阀，在气体电磁阀导通的情况下向培养箱内输送二氧化碳。
28.基于上述的培养箱的结构，结合图1所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的方法，包括：
29.s01，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长。
30.s02，培养箱利用设定的气体泄露补偿值对导通时长进行补偿。
31.s03，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。
32.采用本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法，由于工艺水平限制，培养箱的箱体的密封性无法做到百分百的密封，箱体内二氧化碳气体会发生通常会发生缓慢的泄露，导致箱体内的二氧化碳浓度下降。这样，通过pid控制算法调节箱体内的二氧化碳浓度时，由于二氧化碳的泄露，导致pid控制算法在计算时产生误差，从而输出结果与培养箱的实际情况不匹配。因此，培养箱采用pid控制算法，获得导通时长，并通过对导通时长进行补偿，以控制气体电磁阀的通断，从而实现对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响。培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的启停，能够减少箱体的密封性对二氧化碳浓度调节的影响，提高了二氧化碳浓度调节的准确性。可选地，气体泄露补偿值可以根据如下方式获得：培养箱获取pid控制算法的计算周期和气体电磁阀的工作周期；培养箱计算所述工作周期和所述计算周期的比值；培养箱计算比值与pid输出的最小精度的乘积；将乘积确定为气体泄露补偿值。其中，pid输出的最小精度为pid控制算法输出的气体电磁阀在工作周期内开启的时长的最小值。
33.这样，利用计算周期和工作周期确定补偿时长，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响。培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的启停，能够减少箱体的密封性对二氧化碳浓度调节的影响，提高了二氧化碳浓度调节的准确性。
34.结合图2所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的方法，包括：
35.s01，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长。
36.s21，培养箱获取箱体的气体泄露速率，并根据气体泄露速率设定气体泄露补偿值。
37.s02，培养箱利用设定的气体泄露补偿值对导通时长进行补偿。
38.s03，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。
39.采用本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法，培养箱能够根据气体泄露速率确定气体泄露补偿值，进而通过气体泄露补偿值对pid控制算法计算出的导通时长进行补偿，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
40.结合图3所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的方法，包括：
41.s01，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长。
42.s31，培养箱根据用户设定的补偿值作为气体泄漏补偿值。
43.s02，培养箱利用设定的气体泄露补偿值对导通时长进行补偿。
44.s03，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。
45.采用本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法，培养箱能够通过任意的设定补偿值对pid控制算法计算出的的导通时长进行补偿，并根据补偿后的二氧化碳的浓度曲线确定一个与实际情况相适应的气体泄露补偿值，例如，设定补偿值可以为pid控制算法的计算周期。培养箱进而通过气体泄露补偿值对pid控制算法计算出的导通时长进
行补偿，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
46.结合图4所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的方法，包括：
47.s01，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长。
48.s41，培养箱计算v＝δc
×
v1/tg。
49.s42，培养箱根据气体泄露速率设定气体泄露补偿值。
50.s02，培养箱利用设定的气体泄露补偿值对导通时长进行补偿。
51.s03，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿。
52.其中，v为气体泄露速率，δc为tg时间内的气体泄漏的浓度百分比，v1为箱体的容积，tg为气体的泄露时间。
53.采用本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法，培养箱能够根据泄露时间内气体的浓度差值计算出气体泄露速率。例如，在培养箱的箱体内通入设定浓度的气体，例如15％浓度的二氧化碳。接着关闭进气阀，在经过设定时间后，检测气体的剩余浓度，这样，设定浓度与剩余浓度的差值即为设定时间内的气体泄漏的浓度百分比，将上述的浓度百分比乘以箱体的体积v1再除以上述的设定时间即为气体泄露速率，其中，泄露时间即为上述的设定时间。进而根据气体泄漏速率确定气体泄露补偿值。充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
54.可选地，培养箱根据气体泄露速率设定气体泄露补偿值，包括：培养箱获取气体电磁阀设定的工作周期，并根据气体泄露速率和工作周期，确定工作周期内泄露的气体体积；培养箱根据工作周期内泄露的气体体积设定气体泄露补偿值。
55.这样，培养箱根据单位时间的箱体的气体泄漏速率和气体电磁阀的设定的工作周期，即可得到工作周期内箱体内泄露的气体体积。从而根据气体体积计算基础工作周期内的气体泄露补偿值。
56.可选地，培养箱根据气体泄露速率和工作周期，确定工作周期内泄露的气体体积，包括：培养箱计算v2＝v
×
t1；其中，t1为气体电磁阀设定的工作周期，v2为工作周期内泄露的气体体积。这样，即可根据工作周期内泄露的气体体积计算工作周期内的气体泄露补偿值。可选地，培养箱根据工作周期内泄露的气体体积设定气体泄露补偿值，包括：培养箱计算t2＝v2/flow；其中，t2为气体泄露补偿值，flow为气体电磁阀的流速。
57.这样，培养箱在根据气体泄露速率得到工作周期内泄露的气体体积后，除以气体电磁阀的流速即可得到一个气体电磁阀的开启时间，结果即为气体泄露补偿值。通过上述的气体泄露补偿值对pid控制算法进行补偿，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
58.结合图5所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的方法，包括：
59.s01，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长。
60.s51，培养箱计算气体泄漏补偿值与导通时长的和值，并将和值确定为补偿后的导通时长。
61.s03，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的
二氧化碳进行补偿。
62.采用本公开实施例提供的用于调节培养箱内气体浓度的方法，培养箱能够根据气体泄露率确定箱体的气体泄露速率，进而根据气体泄漏速率和气体电磁阀的流量确定气体泄露补偿值。充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
63.可选地，培养箱采用pid控制算法计算气体电磁阀的导通时长，包括：培养箱计算ek＝set-cur，delta＝e
k-e
k-1
，pout＝p
×ek
，dout＝d
×
delta，t2＝pout+dout；其中，ek为当前计算周期的误差值，set为设定浓度值，cur为当前浓度值，delta为误差的变化率，e
k-1
为上一计算周期的误差值，pout为比例项，p为比例系数，dout为微分项，d为微分系数，t2为导通时长。
64.其中，当前浓度值为pid控制算法在当前计算周期的进行计算的时间点的箱体内的二氧化碳的浓度。当前计算周期的误差值为：设定浓度值减去当前浓度值。上一计算周期的误差值为：设定浓度值减去上一计算周期的pid控制算法进行计算的时间点的箱体内的二氧化碳的浓度值。
65.这样，上述步骤中pid控制算法去掉了积分项，是因为pid控制算法的积分项的作用是消除系统稳态误差，而由于气体扩散的较快，系统的响应也快，所以在短时间内pid控制算法的积分项是不起作用的，可以忽略。所以在通过pid控制算法对二氧化碳浓度调节的时候去掉了积分项，以减轻系统的计算压力。培养箱根据箱体内二氧化碳的当前浓度值和设定浓度值，确定pid控制算法的比例项和微分项。忽略了传统pid控制算法的积分项，减轻了系统压力。培养箱计算比例项、微分项和气体泄露补偿值的和值，并将上述的和值确定为导通时长。通过上述的气体泄露补偿值对pid控制算法进行补偿，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。
66.可选地，培养箱根据补偿后的导通时长控制气体电磁阀的导通，以对培养箱内泄漏的二氧化碳进行补偿，包括：培养箱将导通时长确定为气体电磁阀的工作时长；培养箱在气体电磁阀的工作周期内，控制气体电磁阀按照补偿后的导通时长运行。
67.这样，由于培养箱在对二氧化碳进行浓度调节时的执行器为气体电磁阀，因此pid控制算法的导通时长为气体电磁阀在当前工作周期内的开启时长。培养箱将导通时长确定为气体电磁阀的工作时长，并在气体电磁阀的工作周期内，控制气体电磁阀运行工作时长。通过上述的气体泄露补偿值对pid控制算法进行补偿，充分考虑了箱体的密封性对pid控制算法调节二氧化碳浓度的影响。使气体电磁阀在当前工作周期内的开启时长与箱体内的二氧化碳的实际浓度与箱体密封性相适应，提高了pid控制算法对二氧化碳浓度调节的准确性。在实际使用过程中，培养箱的pid控制算法的计算周期远小于气体电磁阀的工作周期。在工作周期内，气体电磁阀开启前，获取最近一次pid控制算法计算的导通时长，并根据该导通时长控制气体电磁阀在当前工作周期内的按照补偿后的导通时长运行。
68.结合图6所示，本公开实施例提供一种用于调节培养箱内气体浓度的装置，包括处理器(processor)100和存储器(memory)101。可选地，该装置还可以包括通信接口(communication interface)102和总线103。其中，处理器100、通信接口102、存储器101可以通过总线103完成相互间的通信。通信接口102可以用于信息传输。处理器100可以调用存
储器101中的逻辑指令，以执行上述实施例的用于调节培养箱内气体浓度的方法。
69.此外，上述的存储器101中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
70.存储器101作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器100通过运行存储在存储器101中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于调节培养箱内气体浓度的方法。
71.存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
72.本公开实施例提供了一种培养箱，包含用于向培养箱内输送二氧化碳的管路和控制管路通断的气体电磁阀，在气体电磁阀导通的情况下向培养箱内输送二氧化碳；以及上述的用于调节培养箱内气体浓度的装置。
73.本公开实施例提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述用于调节培养箱内气体浓度的方法。
74.上述的存储介质可以是暂态存储介质，也可以是非暂态存储介质。
75.本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
76.以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本技术中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本技术中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本技术中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
77.本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬
件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
78.本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
79.附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。