[发明专利]基于多传感器信息融合的发酵室环境无线Wi-Fi远程监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多传感器信息融合的发酵室环境无线Wi-Fi远程监控系统，属于自动控制技术领域。

背景技术

近年来，随着我国生活水平的提高，人们的饮食习惯也在发生着微妙的变化，如今绿色食品、健康食品越来越受到人们的追捧。牛奶作为一种健康饮品几乎已经渗透到每个中国家庭中，其中具有保健作用、口味独特等方面特点的酸奶克服了纯奶口味单一的缺点，以其独特的休闲特性受到了众多消费者的青睐。但是酸奶的发酵流程要求的环境较为苛刻，不同的发酵阶段对环境指标有不同的要求，如室内温度、湿度、氧气浓度、牛奶自身的温度、PH值等，如果各项指标不能达标则难以得到理想的发酵乳品。多项指标的监控需要多个传感器采集信息，但是多传感器带来了信息的剧增，大批量信息的处理难以制定合理的控制策略，难以满足发酵室各项环境指标高精度、高速度的控制要求。

目前的环境监控系统中大多数都采用有线网络。有线网络系统具有移动性差、不灵活、可拓展性差、组网和维护不便利等缺点。随着无线通信技术的发展，无线网络的稳定性和实时性都有了很大的改善，足以保证控制系统安全稳定的运行。

随着理论研究和开发技术的发展，环境监测和工业生产中各种类型的传感器大量涌现，性能也不断提高，可供智能系统选择的传感器越来越多，在同一系统中，如何有效地综合处理、利用各种传感器提供的信息显得越来越重要。现代发酵过程以综合、复杂、大型、连续为其特点，采用了大量各式各样的传感器来监测和控制生产过程。在这种多传感器系统中，各传感器所提供信息的空间、时间、表达方式不同，可信度、不确定程度不同，侧重点和用途也不同，这对信息的处理和管理提出了新的要求。在传统的方式中，各传感器采集的信息单独、孤立地进行加工处理，不仅会导致处理工作量增加，而且割断了各传感器间信息的联系，丢失了信息的有机组合蕴涵的信息特征，造成信息资源的浪费。多传感器信息融合与发酵过程监测控制结合，将给传统的发酵环境监测控制带来新的机理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种监控准确、高效的采用基于BP神经网络算法的多传感器信息融合(Multiple Sensor Information Fusion，MSIF)的无线环境远程监控系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于多传感器信息融合的发酵室环境无线Wi-Fi远程监控系统，其特征在于：包括工控机、无线传输单元及控制单元；无线传输单元包括管理站点、接收节点、控制站点、中继接收节点及中继站点；每个控制单元连接一个控制站点，中继接收节点及中继站点共同组成一组用于延长网络传输距离的中继器，所有控制站点与中继器之间建立无线通信，中继站点与管理站点之间通过接收节点实现无线通信，管理站点与工控机相连。

优选地，所述控制单元包括监控服务器，模数转换器与监控服务器连接，发酵室内的温度、湿度、PH值、氧浓度指标的传感器装置通过有源低通滤波器连接模数转换器；监控服务器一方面用于接收模数转换器的数据，另一方面依据多传感器信息融合技术对采集的信息进行分析、处理，根据融合数据库和专家知识库对采集信息进行判断处理，融合数据库中存放着之前所记录的传感器采集数据组，专家知识库中根据发酵理论和生产经验存放着在特定时间节点发酵室各指标的合理数值；监控服务器处理后的结果通过数模转换器输出至温度、湿度、PH值、氧浓度指标的调节装置；监控服务还与控制站点相连。

优选地，所述监控服务器所采用的多传感器信息融合技术核心算法采用BP神经网络算法，将各指标检测传感器测得的数据作为输入数组，通过滤波处理、模数转换传入监控服务器，信息融合技术采用并行方式，融合处理过程如下：

(1)检测发酵室各指标量；

(2)采集传感器信息并进行信息预处理；

(3)对经过预处理的传感器信号进行特征提取；

(4)对特征信息进行归一化处理，为BP神经网络的输入提供标准形式；

(5)将归一化后的数据和特定时间节点发酵室各指标的合理数值作为训练样本，对网络进行训练，直到满足要求为止；该训练好的网络作为已知网络，只要将归一化传感器特征信息输入该网络，就可以输出各指标量调节装置在具体时间节点对发酵室各指标量的调节输出值。

由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1)本发明采用Wi-Fi网络作为传输介质，布点简单，布网工期短，网络被破坏后易恢复。

2)本发明采用多层分布式网络，可以灵活地扩大或缩小监控范围，方便增减需要监控的被控对象的数量，同时提高了监控效率。