專利名稱：基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物工程設備領域，更具體的涉及一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統。
背景技術：
近年來，對發酵過程控制的研究已成為國內外研究的熱點，主要利用先進的科學技術工具，解決生物發酵過程中參數的測量以及過程優化控制問題。可見，智能控制方法成為發酵過程控制的一個最有前景的發展方向。但是，目前我國發酵工業的控制技術，特別是固體發酵技術相對于其他工業技術還比較落后，自動化程度不高，至今仍以人工經驗調節為主，其工藝控制主要由人工手動調節和控制，測得的數據往往采取離線分析模式，實時性、準確性及精度均不夠，直接影響發酵過程中產品的產量與質量，從而降低了發酵的性能指標，不能適應研究和生產控制的需要，在市場競爭中處于較落后的狀況。如果在生物固體發酵過程中能夠實現溫度的自動化控制，必將極大地提高我國發酵行業生產的自動化水平及發酵工業產品的經濟效益。因此，探索適用于實時監控固體發酵過程中溫度當前狀況的自動控制系統，是一個亟待解決的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統。能夠克服現有固體發酵技術中溫度測量不準確，數據獲取不及時，溫度控制不均勻， 效果不明顯等不足，提高生產率、降低成本，具有顯著的經濟和社會效益。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統，包括發酵罐、載物盤，其特征在于
發酵罐頂部設有加水口。發酵罐內設有隔熱板和載物盤。溫度傳感器固定在載物盤上。發酵罐通過保溫管與制冷器相連。發酵罐內進氣口處設有加熱絲。動力風機串聯在發酵罐與制冷器之間。出氣孔設在動力風機與發酵罐之間。進氣口設在動力風機與制冷器之間。單片機通過A/D轉換器與溫度傳感器相連。單片機通過D/A轉換器與溫控模塊相連。溫控模塊與加熱絲連接。溫控模塊與制冷器連接。制冷器上設有冷水進口和冷水出口。
單片機通過8155擴展電路與液晶顯示電路和鍵盤相連。單片機數據輸出口與蜂鳴器相連。單片機通過串口通行電路與PC上位機連接。所述的發酵罐為錐形發酵罐。所述的載物盤為插入式載物盤。所述的溫度傳感器有三個感應點。所述的制冷器所用的冷媒是增濕空氣。一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統，它主要包括單片機和發酵罐，單片機輸入端是溫度傳感器、鍵盤，輸出端是降溫、升溫系統、蜂鳴報警器；發酵罐頂部設有加水口，發酵罐進氣口處設有加熱絲，發酵罐內設有隔熱板和載物盤，保溫管連接制冷器和發酵罐，通過空氣循環泵循環冷、熱空氣。所述隔熱板裝置在加熱絲與最上層的載物盤之間，防止加熱絲對射最上層培養基，影響發酵質量；同時使進入發酵罐內的空氣分布更加均勻。所述溫度傳感器固定在載物盤上，且每個溫度傳感器有三個感應點，當載物盤插入發酵罐時，溫度傳感器觸頭與發酵罐內壁上溫度傳感器的外部引線觸頭接觸，接通控制電路，系統工作，把溫度信息傳遞給單片機。所述的降溫、升溫系統包括通過管道循環連接的制冷器、冷卻管和加熱電阻絲、保溫管、空氣循環泵。采用循環冷、熱空氣的方法來冷卻或加熱固體培養基。其中所用的冷媒是增濕空氣，由于空氣的比熱容較小，要想較快、較好的達到溫度控制的效果，空氣的流動速度就必須足夠快，增濕空氣可以很好與跟培養基接觸，一方面降低了空氣的預定流動速度，另一方面補充發酵過程中所需要的水分。使溫度控制的效果得到顯著提升，且簡化了發酵控制系統。與現有技術相比本發明具有如下優點和有益效果
本發明以STC89C51單片機為核心，通過編制、調試和固化程序，以自動控制為手段，將溫度傳感器傳遞的信號轉化為數字信號輸入單片機，然后在液晶顯示屏上顯示，并與單片機固化的數據值加以比較，對溫控模塊進行控制，當測量溫度高于預定溫度范圍時，使制冷器工作，將空氣制冷后通過固體培養基以達到自動降溫的目的；當溫度低于預定溫度范圍時，使電阻絲工作，將空氣加熱之后通過固體培養基以達到自動升溫的目的；當溫度低于或超出設定的極限溫度時，蜂鳴器工作，此時溫控模塊仍然工作，實現對發酵罐內溫度的自動控制。本發明實用性強，穩定性好、控制精度高。在生物發酵過程中能夠較精確地實現溫度的自動化控制，能夠提高生產率、降低成本。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖I是基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統的結構示意圖2是圖I中載物盤與溫度傳感器安裝俯視圖。圖3是單片機及其外擴設備與發酵罐的連接方框圖。其中1_加水口，2-加熱絲，3-隔熱板，4-發酵罐，5-載物盤，6-動力風機，7-出氣 L，8-保溫管，9-進氣孔，10-冷水進口，11-冷水出口，12-制冷器，13-溫度傳感器，14-扣環，15-密封環，16-傳感器觸頭，17-單片機，18-A/D轉換器，19-8155擴展電路，20-溫控模塊，21-液晶顯示電路，22-鍵盤，23-D/A轉換器，24-蜂鳴器，25-串口通行電路，26-PC上位機。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的
具體實施例方式— 種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統，包括發酵罐4、載物盤5，其特征在于發酵罐4頂部設有加水口 I。
發酵罐4內設有隔熱板3和載物盤5。
溫度傳感器13固定在載物盤5上。
發酵罐4通過保溫管8與制冷器12相連。
發酵罐4內進氣口處設有加熱絲2。
動力風機6串聯在發酵罐4與制冷器12之間。
出氣孔7設在動力風機6與發酵罐4之間。
進氣口 9設在動力風機6與制冷器12之間。
單片機17通過A/D轉換器18與溫度傳感器13相連。
單片機17通過D/A轉換器23與溫控模塊20相連。
溫控模塊20與加熱絲2連接。
溫控模塊20與制冷器12連接。
制冷器12上設有冷水進口 10和冷水出口 11。
單片機17通過8155擴展電路19與液晶顯示電路21和鍵盤22相連。
單片機17數據輸出口與蜂鳴器24相連。
單片機17通過串口通行電路25與PC上位機26連接。
所述的發酵罐4為錐形發酵罐。
所述的載物盤5為插入式載物盤。
所述的溫度傳感器13有三個感應點。
所述的制冷器12所用的冷媒是增濕空氣。
本發明主要包括發酵罐4，設在發酵罐4頂部的加水口 I和與發酵罐相連的溫控
模塊20。其與現有技術的區別在于該發酵罐采用插入式載物盤，載物盤5插入發酵罐后， 溫度傳感器觸頭16與發酵罐內壁上溫度傳感器的外部引線觸頭接觸，溫度傳感器13工作， 單片機17接收實時溫度信息，并顯示在LCD液晶顯示屏21上。溫控系統采用的冷媒是空氣，空氣升溫結構是加熱絲2，降溫結構是一個內部用很多細螺旋膠管連接上下兩端且左右兩端可通過冷卻水的制冷器12。其中，動力風機6帶動空氣在發酵罐及管道里流通，當空氣流經制冷器12時，冷水進口 10和冷水出口 11有冷卻水流通就可以把空氣冷卻。發酵罐 4內進氣口處設有加熱絲2，加熱絲2工作時可以把流經此處的空氣加熱。在動力風機6的上游有新鮮空氣的出口，下游有新鮮空氣的入口，這兩孔通入滅菌空氣時可以排出發酵罐4 內的廢氣，并引入新鮮空氣。在發酵罐4頂部的加水口 I可以分階段的向發酵罐4里加入滅菌水，以補充發酵所需要的水分。該發酵罐雖然是用來固體發酵的，但是仍然采用的便于流體流通的錐形發酵罐，原因是該發明采用的冷媒是流體——空氣，采用錐形發酵罐可以提高溫度控制的均勻度及精度。在實施中，根據培養基種類的不同，從鍵盤22輸入正常溫度范圍及允許的極限溫度。將固體培養基加入發酵罐4中滅菌后，發酵罐4內的空氣即為滅菌空氣，當需要加熱時， 循環泵帶動這部分空氣在溫控系統及發酵罐4中循環，同時加熱絲2工作，加熱空氣，從而升高培養基溫度；當需要降溫時，循環泵帶動這部分空氣在溫控系統及發酵罐4中循環，同時冷水進口 10及冷水出口 11有冷水通過，把通過制冷器12的空氣冷卻，從而降低培養基的溫度，當發酵罐4內溫度超過預設的極限溫度時，蜂鳴器24工作。當發酵進入對數期后， 發酵罐內部的有益氣體消耗速度劇增，而有害氣體迅速積累，此時打開進氣孔9和出氣孔7 的控制閥，并從進氣9通入滅菌空氣，從出氣孔7放出廢氣，從而更新發酵罐4內的氣體，以提聞發酵的效率及廣品的質量。
權利要求
1.一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統，包括發酵罐(4)、載物盤(5)，其特征在于發酵罐(4)頂部設有加水口(I)；發酵罐(4 )內設有隔熱板(3 )和載物盤(5 );溫度傳感器(13)固定在載物盤(5)上；發酵罐(4 )通過保溫管(8 )與制冷器(12 )相連；發酵罐(4)內進氣口處設有加熱絲(2)；動力風機(6)串聯在發酵罐(4)與制冷器(12)之間；出氣孔(7)設在動力風機(6)與發酵罐(4)之間；進氣口(9)設在動力風機(6)與制冷器(12)之間；單片機(17)通過A/D轉換器(18)與溫度傳感器(13)相連；單片機(17)通過D/A轉換器(23)與溫控模塊(20)相連；溫控模塊(20 )與加熱絲(2 )連接；溫控模塊(20)與制冷器(12)連接；制冷器(12 )上設有冷水進口( 10 )和冷水出口( 11);單片機(17)通過8155擴展電路(19)與液晶顯示電路(21)和鍵盤(22)相連；單片機(17)數據輸出口與蜂鳴器(24)相連；單片機(17 )通過串口通行電路(25 )與PC上位機(26 )連接。
2.如權利要求I所述的一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統， 其特征在于所述的發酵罐(4)為錐形發酵罐。
3.如權利要求I所述的一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統， 其特征在于所述的載物盤(5)為插入式載物盤。
4.如權利要求I所述的一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統， 其特征在于所述的溫度傳感器(13)有三個感應點。
5.如權利要求I所述的一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統， 其特征在于所述的制冷器(12)所用的冷媒是增濕空氣。
全文摘要
本發明公開了一種基于單片機的固體發酵過程中溫度監測與自動調控系統發酵罐頂部設有加水口；發酵罐內設有隔熱板和載物盤；溫度傳感器固定在載物盤上；發酵罐通過保溫管與制冷器相連；發酵罐內進氣口處設有加熱絲；動力風機串聯在發酵罐與制冷器之間；出氣孔設在動力風機與發酵罐之間；進氣口設在動力風機與制冷器之間；單片機通過A/D轉換器與溫度傳感器相連；單片機通過D/A轉換器與溫控模塊相連；溫控模塊與加熱絲連接；溫控模塊與制冷器連接；制冷器上設有冷水進口和冷水出口；單片機通過8155擴展電路與液晶顯示電路和鍵盤相連；單片機數據輸出口與蜂鳴器相連；單片機通過串口通行電路與PC上位機連接。穩定性好、控制精度高。
文檔編號C12M1/34GK102586099SQ201210050959
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者吳蘭蘭, 周穎, 楊俊 , 謝田 申請人:華中農業大學