CN117230259B - 对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，包括以下步骤：步骤S1：判断气瓶内的气体类型；步骤S2：根据气瓶内的气体类型，通过向箱内充入对应气体来控制目标浓度；步骤S3：判断单个气瓶是否缺气；步骤S4：切换工作气瓶；步骤S5：所有气瓶缺气后判断是否人工更换缺气气瓶为满气气瓶。本发明能够通过自动控制检测气瓶缺气，并及时切换工作气瓶，解决了三气培养箱的充气气瓶更换后浓度控制不便的问题，保障了实验在安全状态下进行，提升了安全系数，节省了成本，并且能够实现高氧和低氧浓度控制的自动切换，省时省力。

Description

对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法

技术领域

本发明涉及微生物实验设备领域，特别涉及一种对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法。

背景技术

三气培养箱是一种用于微生物实验室的设备。通过控制箱内的温度、湿度、氮气浓度、氧气浓度以及二氧化碳浓度，用以提供适宜的生长环境，广泛应用于微生物的培养和繁殖；细胞动力学的研究；哺乳动物细胞分泌物的收集；各种物理、化学因素的致癌或毒理效应；抗原的研究和生产；培养杂交瘤细胞生产抗体；体外受精（IVF）、干细胞、组织工程、药物筛选等等研究领域。与单纯的改变二氧化碳浓度环境相比，通过增加氧浓度环境的改变，可以提高生物学相关性；增加细胞数量并延长寿命；降低分化和应激反应；更好地模拟肿瘤微环境以及提供更理想的生长环境。三气培养箱正常使用的气体是氮气、氧气、二氧化碳三种气体，所以使用的充气瓶为氮气瓶或氧气瓶、二氧化碳气瓶。培养箱需要低氧实验的时候（0-21%氧浓度）充气瓶就需要用氮气瓶以及二氧化碳气瓶；培养箱需要高氧实验的时候（21%-100%氧浓度）充气瓶就需要用氧气瓶以及二氧化碳气瓶。

目前，大部分三气培养箱没有气瓶缺气判断以及自动切换气瓶功能，必须通过操作人员观察气瓶上的压力表来判断缺气；有一些具备通过压力传感器来检测缺气，每一个气瓶都需要装一个压力传感器来检测压力，当压力很小时，判断为缺气，如果有4个气瓶，则需要四个压力传感器且四路压力检测，成本比较贵且电路麻烦。也有一些具备气瓶缺气软件判断功能，但不够完善，比如只有在启动浓度控制时进行缺气判断，浓度控制过程中就不再做缺气判断，因为浓度控制过程中如果方法不够完善，就会很容易导致误判。还有一些实验室将三气培养箱放在实验室内，充气气瓶放在实验室外，更换气瓶工作人员是不允许进入实验室内，此时必须在更换气瓶后要能检测到已经更换了气瓶并自动恢复浓度控制。

因此，急需要一种方法，能够在不增加成本或者降低成本的情况下，安全可靠通过软件程序检测气瓶缺气，并及时切换工作气瓶，且当所有工作气瓶都缺气后，如果在规定的时间内更换了气瓶，则能自动判断已经把缺气的气瓶更换到了满气的气瓶并及时回复浓度控制，确保实验安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法。能够自动准确地判断单个气瓶内的气体是否用完，且在判断单个气瓶气体用完的基础上，实现工作气瓶的自动切换，当判断所有的气瓶气体都用完后，还能在及时更换了气瓶后自动恢复浓度控制以及没有及时更换时进行报警提示。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该种对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，包括以下步骤：

步骤S1：判断气瓶内的气体类型；所述气体类型包括二氧化碳气体、氧气和氮气；

步骤S2：根据气瓶内的气体类型，对目标浓度采取PID作用控制计算，通过向箱内充入对应气体以控制目标浓度；

步骤S3：判断浓度的PID控制输出量是否达到了规定的最大控制输出量，如果没有达到，清零气瓶缺气判断周期数，返回步骤S2；如果达到，则气瓶缺气判断的周期数加1，再判断气瓶缺气判断的周期数是否超过了设定的周期数，如果超过，清零该累加的气瓶缺气判断周期数，再判断实时测量浓度；根据实时测量浓度的判断结果，判断该气瓶是否处于缺气状态，如果缺气，则进入步骤S4，如果不缺气，则返回步骤S2；所述气瓶缺气判断周期数是指需要几个浓度的PID控制周期来判断一次缺气；

步骤S4：PID控制的积分项清零，切换到下一个工作气瓶，气瓶切换的次数加1，再判断气瓶切换的次数，如果小于设置的气瓶数量，则返回步骤S2；如果等于设置的气瓶数量，说明工作气瓶需要切换到第一个工作气瓶，把工作气瓶强制切换到第一个气瓶，再返回步骤S2;如果大于设置的气瓶数量，说明重新切换到第一个工作气瓶后继续缺气，也就是所有的气瓶都缺气了，此时进入步骤S5；

步骤S5:工作气瓶为第一个气瓶，工作气瓶切换的次数清零，保持规定的最大浓度控制输出量充气，并一直判断工作气瓶是否已经人工更换满气的气瓶，如果在规定的时间内没有人工更换为满气气瓶，则停止浓度控制，结束，等待启动浓度控制后再次气量检测及自动切换；如果在规定的时间内更换了满气气瓶，浓度积分项清零，返回步骤S2。

进一步：所述步骤S2中，如果步骤S1中判断的气体类型是二氧化碳气体或氧气，则对二氧化碳目标浓度或者高氧(21%-100%)目标浓度采取的PID反作用控制计算，通过向箱内充二氧化碳气体或氧气以升高箱内浓度来控制目标浓度。

进一步：所述步骤S3中，需要不断更新最小浓度单元里的值，而缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明单个气瓶缺气，再进入自动切换工作气瓶流程；如果至少上升了0.5%，说明工作气瓶不缺气，返回准备继续下一个周期的单个气瓶缺气判断，在此基础上，如果工作气瓶切换的次数等于设置的气瓶数量，则必须清零工作气瓶切换的次数，重新从第一个气瓶开始判断。

进一步：所述步骤S5中，在规定的时间内保持规定的最大浓度控制输出量充气，且不断更新最小浓度单元里的值，而判断人工把缺气的气瓶换成满气的气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明人工没有把缺气的气瓶换成满气的气瓶；如果至少上升了0.5%，说明人工已经把缺气的气瓶换成满气的气瓶，工作的气瓶已经不缺气。规定时间是为了确保充气电磁阀不至于因为长期处在工作状态而发热严重导致充气电磁阀烧坏。

作为另外一种可选择的情况，在所述步骤S2中，如果步骤S1中判断的气体类型是氮气，对低氧(0%-21%)目标浓度采取的是PID正作用控制计算，通过向箱内充氮气气体以稀释箱内氧气浓度来控制低氧目标浓度。

在此种情况下：所述步骤S3中，需要不断更新最大浓度单元里的值，而缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度值单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明单个气瓶缺气，再进入自动切换工作气瓶流程；如果至少下降了0.5%，说明工作气瓶不缺气，返回准备继续下一个周期的单个气瓶缺气判断，在此基础上，如果工作气瓶切换的次数等于设置的气瓶数量，则必须清零工作气瓶切换的次数，重新从第一个气瓶开始判断。

进一步：所述步骤S5中，在规定的时间内保持规定的最大浓度控制输出量充气，且不断更新最大浓度单元里的值，而判断人工把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明人工没有把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶；如果至少下降了0.5%，说明人工已经把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶，工作的氮气瓶已经不缺气。规定时间是为了确保充气电磁阀不至于因为长期处在工作状态而发热严重导致充气电磁阀烧坏。

本发明的有益效果是：

（1）本发明能够通过自动控制检测气瓶缺气，并及时切换工作气瓶，安全可靠，无需人工参与，并降低了频繁更换气瓶的人力投入；

（2）气瓶数量可以根据实际情况进行设置，比如设计的最大气瓶数量为4，实际气瓶数只有2个，就可以将气瓶数量设为2，以符合实际数量。

（3）解决了三气培养箱的充气气瓶更换后浓度控制不便的问题，因为三气培养箱放在实验室内，充气气瓶放在实验室外，气瓶更换工作人员不允许进入实验室内，导致操作不便，而通过本发明的方法更换气瓶后能自动恢复浓度控制；

（4）确保三气培养箱的浓度控制连贯，保障了实验在安全状态下进行，提升了安全系数；

（5）与通过压力检测气瓶缺气的现有技术相比，简化了电路设计，也节省了成本；

（6）本发明能够实现高氧和低氧浓度控制的自动切换，三气培养箱从高氧浓度控制切换到低氧浓度控制，只需要把氧气瓶更换成氮气瓶即可，省时省力。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1 为三气培养箱的气瓶配备装置图；

图2 为判断单个二氧化碳气瓶缺气流程图；

图3 为判断单个氧气瓶缺气流程图；

图4 为自动切换二氧化碳工作气瓶流程图；

图5为自动切换氧气工作气瓶流程图；

图6 为所有二氧化碳气瓶都缺气后程序处理流程图；

图7为所有氧气瓶都缺气后程序处理流程图；

图8 为判断单个氮气瓶缺气流程图；

图9 为自动切换氮气工作气瓶流程图；

图10为所有氮气瓶都缺气后程序处理流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例一

三气培养箱的气体控制主要是二氧化碳浓度控制和氧浓度控制，其中氧浓度控制又分为控制高氧浓度（21%-100%）以及低氧浓度（0%-21%），二氧化碳浓度控制和高氧浓度控制是通过向箱内充气来增加浓度，所以两者的方法一样；低氧浓度控制是通过向箱内充氮气来稀释氧气浓度。

本发明的实施例使用了一种三气培养箱，具备二氧化碳浓度控制以及高氧浓度(21%-100%)控制功能。如图1所示，该三气培养箱配备了两个二氧化碳气瓶和四个氧气瓶，通过控制器分别控制A和B两个二氧化碳气瓶的两路电磁阀以及A、B、C、D四个氧气瓶的四路电磁阀；三气培养箱第一次上电后且启动运行开始工作后，给箱内充二氧化碳气体和氧气气体首先都选择A气瓶。如果不是第一次上电且启动运行开始工作后，选择的充气瓶是上次停止工作时的气瓶，比如停止工作时二氧化碳用的是B气瓶，则再次启动工作时仍旧用B气瓶，停止工作时氧气瓶用的是C氧气瓶，则再次启动工作时仍旧用C氧气瓶。

如图2所示，检测单个二氧化碳气瓶缺气需要的时间为5个二氧化碳浓度控制周期，即参数C1设为5；本实施例中，判断单个二氧化碳气瓶缺气的流程和方法如下：启动二氧化碳浓度控制后，给箱内充二氧化碳气体来控制二氧化碳浓度，控制方式采取PID反作用控制方式。二氧化碳气瓶内气体充足，随着充气输出的加大，通过PID控制输出让浓度不断上升，当达到目标浓度后，关浓度控制输出；由于箱内不可能做到百分之百密封，二氧化碳浓度会缓慢泄露到箱外，造成浓度下降，当浓度下降后，PID算法控制输出自动补气，反复循环，从而气瓶里的二氧化碳气体不断消耗直到气瓶的气体消耗殆尽；气瓶缺气后，浓度下降，虽然PID控制输出自动补气，但由于气瓶缺气，导致浓度继续下降，且随着浓度的下降，比例项输出不断加大，积分项输出随着时间一直累积且也不断加大，当两个输出之和达到规定的二氧化碳浓度最大输出时，保存此时的二氧化碳测量浓度值到最小浓度单元里。

当二氧化碳浓度最大输出维持了5个浓度控制周期后，清零浓度累积的周期数，再判断实际测量浓度值与保存在最小浓度单元里的值有没有上升0.5%。在二氧化碳浓度最大输出且维持5个浓度控制周期，如果气瓶里缺气了，浓度不但不会上升，还会下降，此时肯定可以判断为缺气。为了防止刚启动浓度控制时误判断，所以设置了条件在二氧化碳浓度最大输出且维持5个浓度控制周期内没上升0.5%，就判断为缺气。如果因为三气培养箱体积很大，刚启动浓度控制时虽然是最大输出量充气，但依旧在5个浓度控制周期内没上升0.5%，出现误判，此时解决的方法是加大C1参数，比如从5加大到8。

根据图3所示，检测单个氧气瓶缺气需要的时间为10个氧浓度控制周期数，即参数C2设为10；通过程序判断单个氧气瓶缺气的方法和流程与二氧化碳一致，这里不再重复赘述。

根据图4所示，该三气培养箱的二氧化碳气瓶的个数设为2，即参数n1设为2，两个气瓶分别为二氧化碳A气瓶和二氧化碳B气瓶;当三气培养箱通过软件检测到单个二氧化碳气瓶缺气后，再通过软件自动切换工作气瓶到下一个气瓶的方法和流程如下：该工作气瓶缺气后，首先必须要把二氧化碳浓度的积分项输出清零，再自动切换到下一个气瓶，切换的气瓶次数单元加1。比如A气瓶已经缺气了，此时自动切换到用B气瓶做工作气瓶，切换气瓶的次数为1；又比如是B气瓶缺气了，此时自动切换到再用A气瓶做工作气瓶，切换气瓶的次数为2。如果是A气瓶不再缺气，则必须把切换的气瓶次数复位到0；如果A气瓶再次缺气，切换的气瓶次数为3。切换气瓶的次数等于设置的气瓶数，则工作气瓶必须要切换到A气瓶；切换气瓶的次数大于等于设置的气瓶数量n1+1=3,说明A气瓶已经两次缺气了，也就是说明A气瓶第一次缺气后，没有通过人工把缺气的A气瓶换成满气的A气瓶，此时提示所有气瓶缺气，需要人工更换满气的气瓶，再进入所有二氧化碳气瓶都缺气后的程序处理。这一步非常关键，因为根据实际情况，一般A气瓶缺气后，工作气瓶切换到了B气瓶，工作人员见到A气瓶气体已经用完，会更换A气瓶，此时如果不进行第二次A气瓶判断，就会出现A气瓶已经满气但提示所有气瓶缺气的误判。切换工作气瓶时，把累积的积分输出项清零，相当于积分项复位后重新从0开始累积，比例项输出做为最初的充气输出量。这样的话，由于切换初充气输出量很小，不会导致箱内气体过冲或过冲过大。

根据图5所示，该三气培养箱的氧气瓶的个数设为4，即参数n2设为4，四个气瓶分别为A、B、C、D四个氧气瓶; 通过软件自动切换氧气工作气瓶到下一个氧气瓶的方法和流程也和二氧化碳自动切换工作气瓶一致，这里也不再重复赘述。

根据图6所示，该三气培养箱二氧化碳A、B气瓶气体都用完后的程序处理方法，包括在规定的时间内如果工作人员及时更换了气瓶后自动恢复浓度控制以及没有及时更换后的报警提示的方法和流程如下：规定的更换二氧化碳气瓶时间设为4个小时，AB气瓶都缺气后，把A气瓶做为工作气瓶，保持A气瓶的充气电磁阀最大输出量打开，然后一直检测二氧化碳浓度值，比最小浓度值单元里的值小，则更新最小浓度值单元里的值。当工作人员在四个小时内更换气瓶后，由于工作气瓶里的气已经满气，而且一直在以最大的充气输出动作，所以很快就会在最小浓度值的基础上上升0.5%或者直接超过达到目标浓度，判断已经更换了气瓶，清零浓度的积分输出项，相当于积分项复位后重新开始从0开始累积，比例项输出做为最初的充气输出量，进入了下一轮的单个气瓶缺气判断。经过发明人长时间的实验和摸索，规定的时间设置为4个小时较佳，在4个小时内二氧化碳浓度值的下降对实验不会造成大的影响。如果超过了4个小时没更换气瓶，则停止浓度控制，关闭A气瓶的充气电磁阀，采用蜂鸣器或其他声光设备进行报警提示所有气瓶缺气。

如图7所示，该三气培养箱A、B、C、D四个氧气瓶气体都用完后的程序处理方法，包括在规定的时间内如果工作人员及时更换了气瓶后自动恢复浓度控制以及没有及时更换后的报警提示的方法和流程也和二氧化碳AB气瓶都用完的程序处理方法一致，这里也不再重复赘述。

实施例二

在本实施例中，使用了一种三气培养箱，具备二氧化碳浓度控制以及低氧浓度(0-21%)控制功能。如图1所示，该三气培养箱配备了两个二氧化碳气瓶和四个氮气瓶，通过控制器分别控制A和B两个二氧化碳气瓶的两路电磁阀以及A、B、C、D四个氮气瓶的四路电磁阀；三气培养箱第一次上电后且启动运行开始工作后，给箱内充二氧化碳气体和氮气气体首先都选择A气瓶。如果不是第一次上电且启动运行开始工作后，选择的充气瓶是上次停止工作时的气瓶，比如停止工作时二氧化碳用的是B气瓶，则再次启动工作时仍旧用B气瓶，停止工作时氮气瓶用的是C氮气瓶，则再次启动工作时仍旧用C氮气瓶。

根据图2所示，通过软件判断单个二氧化碳气瓶缺气的流程和方法与实施例一保持一致，不再重复赘述；

根据图4所示，三气培养箱通过软件自动切换二氧化碳工作气瓶到下一个气瓶的方法和流程与实施例一保持一致，不再重复赘述；

根据图6所示，该三气培养箱二氧化碳A、B气瓶气体都用完后的程序处理方法，包括在规定的时间内如果工作人员及时更换了气瓶后自动恢复浓度控制以及没有及时更换后的报警提示的方法和流程与实施例一保持一致，不再重复赘述；

如图8所示，本实施例中，检测单个氮气气瓶缺气需要的时间为5个氮气浓度控制周期，即参数C2设为5；通过软件判断单个氮气气瓶缺气的流程和方法如下：启动氮气浓度控制后，给箱内充氮气气体来控制氧气浓度，通过充氮气来稀释箱内的氧浓度，所以控制方式采取PID正作用控制方式。氮气气瓶内气体充足，随着充气输出的加大，通过PID控制输出让氧浓度不断下降，当达到目标氧浓度后，关氧浓度控制输出；由于箱内不可能做到百分之百密封，氧浓度会缓慢泄露到箱外，造成氧浓度上升，当氧浓度上升后，PID算法控制输出自动充氮气，反复循环，从而气瓶里的氮气气体不断消耗直到气瓶的气体消耗殆尽；气瓶缺气后，氧浓度上升，虽然PID控制输出自动充气动作，但由于气瓶缺气，导致浓度继续上升，且随着浓度的上升，比例项输出不断加大，积分项输出随着时间一直累积且也不断加大，当两个输出之和达到规定的氧浓度最大输出时，保存此时的氧气测量浓度值到最大浓度单元里。当氧浓度最大输出维持了5个浓度控制周期后，清零浓度累积的周期数，再判断实际测量浓度值与保存在最大浓度单元里的值有没有下降0.5%。在氧浓度最大输出且维持5个浓度控制周期，如果气瓶里缺气了，浓度不但不会下降，还会上升，此时肯定可以判断氮气瓶缺气。为了防止刚启动浓度控制时误判断，所以设置了条件在氧浓度最大输出且维持5个浓度控制周期内没下降0.5%，就判断为缺气。如果因为三气培养箱体积很大，刚启动浓度控制时虽然是最大输出量充气，但依旧在5个浓度控制周期内没下降0.5%，出现误判。此时解决的方法是加大C2参数，比如从5加大到8。

如图9所示，该三气培养箱的氮气瓶的个数设为4，即参数n2设为4，两个气瓶分别为A、 B、C、D四个氮气瓶;当三气培养箱通过软件检测到单个氮气瓶缺气后，再通过软件自动切换工作气瓶到下一个气瓶的方法和流程如下：该工作气瓶缺气后，首先必须要把氧气浓度的积分项输出清零，再自动切换到下一个气瓶，切换的气瓶次数单元加1。比如A气瓶已经缺气了，此时自动切换到用B气瓶做工作气瓶，切换气瓶的次数为1；又比如是B气瓶缺气了，此时自动切换到C气瓶做工作气瓶，切换气瓶的次数为2;又比如是D气瓶缺气了，此时自动再次切换到A气瓶做工作气瓶，切换气瓶的次数为4。如果是A气瓶不再缺气，则必须把切换的气瓶次数复位到0；如果A气瓶再次缺气，切换的气瓶次数为5。切换工作气瓶的次数等于设置的气瓶数，则工作气瓶必须要切换到A气瓶；切换气瓶的次数大于等于设置的气瓶数量n2+1=5,说明A气瓶已经两次缺气了，也就是说明A气瓶第一次缺气后，没有通过人工把缺气的A气瓶换成满气的A气瓶，此时提示所有气瓶缺气，需要人工更换满气的气瓶，再进入所有氮气瓶都缺气后的程序处理。这一步非常关键，因为根据实际情况，一般A气瓶缺气后，工作气瓶切换到了B气瓶，工作人员见到A气瓶气体已经用完，会更换A气瓶。此时如果不进行第二次A气瓶判断，就会出现A气瓶已经满气但提示所有气瓶缺气的误判。切换工作气瓶时，把累积的积分输出项清零，相当于积分项复位后重新从0开始累积，比例项输出做为最初的充气输出量。这样的话，由于切换初充气输出量很小，不会导致箱内气体过冲或过冲过大。

如图10所示，该三气培养箱A、B、C、D四个氮气瓶气体都用完后的程序处理方法，包括在规定的时间内如果及时更换了气瓶后自动恢复浓度控制以及没有及时更换后的报警提示的方法和流程如下：规定的更换氮气瓶时间设为4个小时，A、B、C、D四个气瓶都缺气后，把A气瓶做为工作气瓶，保持A气瓶的充气电磁阀最大输出量打开，然后一直检测氧浓度值，比最大浓度值单元里的值大，则更新最大浓度值单元里的值。当工作人员在四个小时内更换气瓶后，由于工作气瓶里的气已经满气了，而且一直在以最大的充气输出动作，所以很快就会在最大浓度值的基础上下降0.5%或者达到或低于目标浓度，判断已经更换了气瓶，清零浓度的积分输出项，相当于积分项复位后重新开始从0开始累积，比例项输出做为最初的充气输出量，进入了下一轮的单个气瓶缺气判断。如前所述，规定的时间设置为4个小时较佳，4个小时内氧浓度值的下降对实验不会造成大的影响。如果超过了4个小时没更换气瓶，则停止浓度控制，关闭A气瓶的充气电磁阀，报警提示所有气瓶缺气。

需要强调的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，描述不尽之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤S1：判断气瓶内的气体类型；所述气体类型包括二氧化碳气体、氧气和氮气；

步骤S2：根据气瓶内的气体类型，对目标浓度采取PID作用控制计算，通过向箱内充入对应气体以控制目标浓度；

步骤S3：判断浓度的PID控制输出量是否达到了规定的最大控制输出量，如果没有达到，清零气瓶缺气判断周期数，返回步骤S2；如果达到，则气瓶缺气判断的周期数加1，再判断气瓶缺气判断的周期数是否超过了设定的周期数，如果超过，清零该累加的气瓶缺气判断周期数，再判断实时测量浓度；根据实时测量浓度的判断结果，判断该气瓶是否处于缺气状态，如果缺气，则进入步骤S4，如果不缺气，则返回步骤S2；所述气瓶缺气判断周期数是指需要几个浓度的PID控制周期来判断一次缺气；

步骤S4：PID控制的积分项清零，切换到下一个工作气瓶，气瓶切换的次数加1，再判断气瓶切换的次数，如果小于设置的气瓶数量，则返回步骤S2；如果等于设置的气瓶数量，则把工作气瓶强制切换到第一个气瓶，再返回步骤S2；如果大于设置的气瓶数量，说明重新切换到第一个工作气瓶后继续缺气，代表所有的气瓶都缺气，此时进入步骤S5；

步骤S5:工作气瓶为第一个气瓶，工作气瓶切换的次数清零，保持规定的最大浓度控制输出量充气，并一直判断工作气瓶是否已经更换满气的气瓶，如果在规定的时间内没有更换为满气气瓶，则停止浓度控制，等待启动浓度控制后再次进行气量检测并自动切换气瓶；如果在规定的时间内更换了满气气瓶，浓度积分项清零，返回步骤S2；

如果步骤S1中判断的是二氧化碳气体或者氧气，缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明单个气瓶缺气；如果至少上升了0.5%，说明工作气瓶不缺气；判断是否已经将缺气的气瓶换成满气的气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明没有把缺气的气瓶换成满气的气瓶；如果至少上升了0.5%，说明已经把缺气的气瓶换成满气的气瓶；

如果步骤S1中判断的气瓶里的气体类型是氮气，缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度值单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明单个气瓶缺气；如果至少下降了0.5%，说明工作气瓶不缺气；判断是否已经把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明没有把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶；如果至少下降了0.5%，说明已经把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶。

2.根据权利要求1所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S2中，如果步骤S1中判断的气体类型是二氧化碳气体或氧气，则对二氧化碳目标浓度或者高氧目标浓度采取的PID反作用控制计算，通过向箱内充二氧化碳气体或氧气以升高箱内浓度来控制目标浓度。

3.根据权利要求2所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S3中，需要不断更新最小浓度单元里的值，而缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明单个气瓶缺气，再进入自动切换工作气瓶流程；如果至少上升了0.5%，说明工作气瓶不缺气，返回准备继续下一个周期的单个气瓶缺气判断，在此基础上，如果工作气瓶切换的次数等于设置的气瓶数量，则必须清零工作气瓶切换的次数，重新从第一个气瓶开始判断。

4.根据权利要求2或3所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S5中，在规定的时间内保持规定的最大浓度控制输出量充气，且不断更新最小浓度单元里的值，而判断是否已经把缺气的气瓶换成满气的气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最小浓度单元里的值比较，如果没上升0.5%，则说明没有把缺气的气瓶换成满气的气瓶；如果至少上升了0.5%，说明已经把缺气的气瓶换成满气的气瓶，工作的气瓶已经不缺气。

5.根据权利要求1所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S2中，如果步骤S1中判断的气瓶里的气体类型是氮气，对低氧目标浓度采取的是PID正作用控制计算，通过向箱内充氮气气体以稀释箱内氧气浓度来控制低氧目标浓度。

6.根据权利要求5所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S3中，需要不断更新最大浓度单元里的值，而缺气的判断是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度值单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明单个气瓶缺气，再进入自动切换工作气瓶流程；如果至少下降了0.5%，说明工作气瓶不缺气，返回准备继续下一个周期的单个气瓶缺气判断，在此基础上，如果工作气瓶切换的次数等于设置的气瓶数量，则必须清零工作气瓶切换的次数，重新从第一个气瓶开始判断。

7.根据权利要求5或6所述的对三气培养箱气瓶进行气量检测并自动切换气瓶的方法，其特征在于：所述步骤S5中，在规定的时间内保持规定的最大浓度控制输出量充气，且不断更新最大浓度单元里的值，而判断是否已经把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶的方法是通过测量的实时浓度值与保存的最大浓度单元里的值比较，如果没下降0.5%，则说明没有把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶；如果至少下降了0.5%，说明已经把缺气的氮气瓶换成满气的氮气瓶，工作的氮气瓶已经不缺气。