[发明专利]一种生物发酵控制器

说明书

技术领域

本发明涉及ARM嵌入式系统作为核心开发的用于生物发酵的控制器，具体涉及利用ARM嵌入式系统实现发酵过程中温度、压力、PH、消泡、溶氧等主要参数的测量与控制功能。

背景技术

生物发酵过程是一种非常复杂的生物、物理、化学变化过程，它的特点是非线性、时变性、复杂性。

目前国内外各发酵罐生产厂家生产的发酵罐和控制柜均配有溶解氧浓度、PH、温度等最常见环境变量的定值控制系统，但是，外部环境条件的寻优或者说发酵过程的动态最优化是要靠人工进行确定或设定的。因此，在深入了解生物发酵过程的基础上，开发生物反应器智能控制器，针对非线性、时变、复杂的生物发酵过程，将智能控制技术融入到了生物发酵控制系统中，实现发酵过程的智能优化控制具有非常重要的意义。

基于32位ARM架构的嵌入式微处理器以其高性能、低功耗、低成本的优势，得到了很好的推广，同时由于国内微电子与嵌入式技术迅速发展。在此背景下，本系统现场控制的下位机的硬件平台将采用基于ARM内核的嵌入式片上系统为核心，操作系统移植嵌入式实时操作系统Linux。同时采用集散控制(DCS)技术，实现一台上位机可以同时与多台下位机的数据通讯和远程监控，而且下位机可以脱离上位计算机单独对各种参数进行控制。

发明的内容

针对现有生物发酵过程的特点，申请人经过研究，提供了一种基于ARM的生物发酵控制器，应用于生物、食品、医药等诸多领域中生物发酵过程中温度、压力、PH、消泡、溶氧等主要参数的测量与控制功能。该控制器包括可以连接温度、压力、PH、泡沫、溶氧传感器的输入接口，实现数据处理和控制的ARM嵌入式系统，实现参数选择和输入的控制键盘，实现温度、压力、PH、泡沫、溶氧控制的输出接口，实现参数显示液晶屏组成；发酵控制器定时的向传感器接口发送命令，传感器接口接收到命令后将最新采样后的处理数据回传给ARM的嵌入式系统，ARM的嵌入式系统通过循环冗余校验无误后，根据工艺要求进行向输出接口发送执行指令，并且通过以太网接口向上位机传送数据，从而实现主要参数的测量与控制功能。

本发明的技术方案如下：

一种生物发酵控制器，包括温度、压力、PH、消泡、溶氧等主要参数的测量与控制功能。

具体步骤如下：

①选择合适的ARM嵌入式处理器；

②设计控制系统的PCB开发板；

③设计系统软件；

④软件调试，实现系统的控制要求。

本发明利用ARM嵌入式系统实现对发酵过程中温度、压力、PH、消泡、溶氧等主要参数的测量与控制功能，为进一步实现高效的智能控制提出全新的思路。

具体实施方式

整个生物发酵控制器主要是由基于ARM核的处理器、存储体、RS485通讯接口电路、数字量隔离输入电路、模拟量隔离输入电路、数字量隔离输出电路、键盘及显示数码管等组成，用于接收、存储和处理数据，组成框图如图1所示，可以在线通过键盘改变参数，或者利用上位机通过RS485/以太网接口输入相关参数并存储于控制器的存储体中，如图3所示。

基于ARM核的低功率、高度集成的处理器是控制器的核心，负责整个控制器的运行管理。系统启动后，在时钟信号的驱动下，通过输入通道实时的采集温度、压力、PH、消泡、溶氧等主要参数，并且能够按照控制要求送到输出通道，实现温度、压力、PH、消泡、溶氧的控制。此外还可以实现运行状态的监控，当发现异常信号时，将发出报警信号。

存储器用于存储相应的数据，键盘和显示屏用于输入工作参数，RS485/以太网通讯接口接收上位机传送过来的数据；发酵控制器负责整个系统的数据采集和运行控制。

温度模块、压力模块、PH模块、消泡模块、溶氧模块作为输入输出模块用于和传感器及控制设备进行数据传输。

温度探头把温度信号变换为标准信号，传送到发酵控制器中，由发酵控制器编制的程序经过运算后输出信号，控制加热或冷却阀，达到控制温度的目的。

压力表把压力信号变换为标准信号，传送到发酵控制器中，由发酵控制器编制的程序经过运算后输出信号，控制气阀，达到控制压力的目的。

PH探头把PH信号变换为标准信号，传送到发酵控制器中，由发酵控制器编制的程序经过运算后输出信号，控制加酸、加碱的蠕动泵，达到控制PH的目的。

泡沫探头把泡沫信号变换为标准信号，传送到发酵控制器中，由发酵控制器编制的程序经过运算后输出信号，控制消泡蠕动泵，达到控制泡沫的目的。