CN105278476A

CN105278476A - 基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法

Info

Publication number: CN105278476A
Application number: CN201410263395.4A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: BEIKANG BREWING FOOD Co Ltd; Jilin Agricultural University
Current assignee: BEIKANG BREWING FOOD Co Ltd; Jilin Agricultural University
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法。本系统包括基于ZigBee的无线传感器网络、网关和智能决策管理平台，传感器采集节点、执行机构控制节点与数据实时显示节点构成基于ZigBee的无线传感器网络，无线传感器网络通过网关与智能决策管理平台进行交互。本发明的方法包括实时采集发酵过程不同发酵阶段、不同位置的发酵温度，制曲过程中温度、水分、含氧量参数；建立数据库；研制专家决策系统，根据采集到的信息对酱油的整个生产全过程进行多级预警与智能调控；搭建客户终端，实现人与系统的交互。该发明使传统酱油工艺发酵过程更加科学规范，产品口味、色泽达到最佳，产量达到最大，提高发酵管理水平与生产效益。

Description

基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法

技术领域

本发明属于物联网应用技术领域，具体涉及一种基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法。

背景技术

中国酿造的历史迄今已有2000余年,在这漫长岁月中,我国劳动人民经过不断的探索、改进,形成了今天的酿造技术。但是其他国家相比，我国酿造水平仍旧处于落后状态。

日本的酿造起源于中国，但是在其发展过程中，结合了现代科学技术，在生产工艺上，日本采用现代化发酵酿造技术，在生产中实行全密封化、机械化，其生产的产品具有原料利用率高、生产成本低、品质稳定等特点，其酿造技术处于国际领先的水平。东南亚、韩国、台湾等其他国家和地区，在酿造上也采用了较先进的技术。而中国酿造企业因管理相对落后、品牌不响等原因，导致其产品国际竞争力不足等问题。

传统酿造工艺因其具有口感佳、营养高等特点，更为广大消费者所喜爱，但是由于人为因素造成的产品品质不稳定、产量低、效益差、资源损耗严重等问题长期存在。以北康酿造食品有限公司为代表的吉林省调味品主要生产企业为例。目前北康酿造食品有限公司在食品酿造生产过程中主要采取传统工艺，依靠人工获取不同时段温度、湿度和氧气浓度等环境参数，凭经验调控相关设备。因此不仅费时、费力，而且无法做到数据的实时获取，造成不能在最佳条件下生产。

同时，在质量控制方面也主要依靠工人的经验来判断，由于不同操作人员感觉的偏差、经验差异等因素，导致产品品质不稳定，不同批次产品无法达到统一品质及产出率。

因此，在保留传统酿造工艺优势的基础上，急需建立一套集参数采集、多级预警和自动控制生产全过程的质量控制综合管理平台，如基于物联网的传统酿造过程的监控系统，实现提升产品品质和增加生产效益的目的，振兴百年传统酿造工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一、一种基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法，包括用于实时采集酿造过程中的数据信息的传感器采集节点、用于控制酿造过程中的环境参数的执行机构控制节点、用于实时显示酿造过程中的各种检测数据的数据实时显示节点，还包括智能决策管理平台；

所述的智能决策管理平台，与所述的传感器采集节点、执行机构控制节点以及数据实时显示节点进行交互，所述的智能管理决策平台系统包括客户终端和服务器；

所述的客户终端，用于实时数据查询、历史数据查询、预警信息的提示、产品质量分析结果查询以及酿造设备管理；

所述的服务器包括：

数据库，用于存储和管理上述实时采集到的环境参数信息、环境参数的控制信息、数据实时显示信息以及专家决策信息；

专家决策系统，用于将实时采集的数据信息与最佳酿造阈值进行比较；启动酿造过程数据采集子系统、翻曲/通风/加热的酿造精细控制子系统、产品质量分析子系统以及酿造过程预警子系统，根据专家决策系统内置的标准信息做出相应的专家决策。

所述的酿造过程预警子系统包括现场预警、短信预警、客户终端预警。

所述的传感器采集节点包括发酵桶温度采集节点和曲池环境采集节点。

所述的执行机构控制节点包括发酵桶温度调控节点、曲池风机调控节点和翻曲机控制节点。

所述的数据实时显示节点用于实时显示发酵和制曲过程的各种数据信息，需要时可及时发出声光报警。

所述的传感器采集节点、执行机构控制节点以及数据实时显示节点将信息汇聚到ZigBee路由节点，ZigBee路由节点与智能决策管理平台通过以太网网关或者Wifi网关进行交互。

二、一种基于物联网的传统酿造过程的监控方法，包括步骤：

（1）采集发酵及制曲过程中的实时数据信息；

（2）发酵车间和制曲车间内的所有节点自动组网，并构成基于ZigBee的无线传感器网络，节点之间以无线方式相互通信；

（3）建立数据库，将上述采集的实时数据信息存储于该数据库；所述的数据库预设有有外部输入的酿造过程基础设备信息、标准的酿造阈值以及专家决策信息；

（4）将实时采集的数据信息与最佳酿造阈值进行比较；启动酿造过程数据采集子系统、翻曲/通风/加热的酿造精细控制子系统、产品质量分析子系统以及酿造过程预警子系统，根据专家决策系统内置的标准信息做出相应的专家决策；所述的专家数据库信息为专家决策系统内置的标准信息；所述的标准信息，采用数据挖掘技术，进行智能分析和调控；

（5）基于所述的专家决策，根据实时采集的数据信息对酿造过程的发酵和制曲环境进行自动调控；当需要查询实时数据、历史数据以及产品质量分析结果或查看酿造设备状态时，通过客户终端以网络的方式访问所述的数据库。

下面介绍本发明方法的优选技术方案。

作为优选，通过设于发酵和制曲过程中的传感器采集所述的实时采集的数据信息。

作为优选，通过电子显示屏实时显示所述的发酵过程中不同发酵阶段、不同位置的发酵温度，制曲过程中温度、水分、含氧量参数。

本发明的有益效果是：在保留传统酿造工艺优势的基础上，建立一套集参数采集、参数显示、多级预警和自动控制生产全过程的基于物联网的传统酿造过程的监控系统。该系统使传统酱油工艺发酵过程更加科学规范，产品口味、色泽达到最佳，产量达到最大，提高发酵管理水平与生产效益，振兴百年传统酿造工艺。

附图说明

图1为本发明基于物联网的传统酿造过程的监控系统的拓扑图；

图2为本发明基于物联网的传统酿造过程的监控系统软件结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示的一种基于物联网的传统酿造过程的监控系统，在本实例中，所述的酿造过程为酱油酿造过程，应用该基于物联网的传统酿造过程的监控系统，包括用于实时采集酿造（制曲、发酵）过程中的数据信息的传感器采集节点、用于控制酿造过程中的环境参数的执行机构控制节点、用于实时显示酿造过程中的各种检测数据的数据实时显示节点，还包括智能决策管理平台；

图2为所述的智能决策管理平台，与所述的传感器采集节点、执行机构控制节点以及数据实时显示节点进行交互，所述的智能管理决策平台系统包括客户终端和服务器；

所述的服务器包括：

在上述技术方案中，所述的系统还包括与智能管理决策平台相连的报警系统；所述的预警系统包括现场预警、短信预警、客户终端预警；

所述的传感器采集节点包括发酵桶温度采集节点和曲池环境采集节点。发酵桶温度采集节点可相对实时采集发酵桶内的3-5点温度；曲池环境采集节点可相对实时采集曲池中曲种的温度、水分含量、含氧量；

所述的执行机构控制节点包括发酵桶温度调控节点、曲池风机调控节点、翻曲机控制节点；发酵桶温度调控节点可根据发酵条件及相应阈值自动调控对应的蒸汽阀门；曲池风机调控节点智能调控曲池底部的鼓风机的开启与关闭；翻曲机控制节点可自动控制翻曲机的启动进行翻曲；

所述的数据实时显示节点用于实时显示发酵和制曲过程的各种数据信息，需要时可及时发出声光报警；

所述的传感器采集节点、执行机构控制节点以及数据实时显示节点将信息汇聚到ZigBee路由节点，所有ZigBee路由节点与智能决策管理平台通过以太网网关或者WiFi网关进行交互；

一种基于物联网的传统酿造过程的监控方法，包括步骤：

（1）发酵桶温度采集节点放入发酵桶内；每个发酵桶温度采集节点上集成3—5个工业级耐腐蚀防水型的DB18B20温度传感器，用于采集多点（3—5各采集点）桶内不同位置的发酵温度，采用超低功耗设计和可充电电池供电，避免了车间内复杂的布线工作；

（2）曲池环境采集节点插入曲池，用于检测制曲过程曲种池中的温度、水分含量以及曲种含氧量，其由工业级ZigBee芯片、工业级耐腐蚀防水型的DB18B20温度传感器、工业级耐腐蚀型水分传感器、红外型氧气传感器构成，采用超低功耗设计和可充电电池供电，避免了车间内复杂的布线工作；

（3）数据实时显示节点悬挂固定在车间墙壁上，每个数据显示节点可同时实时显示4个发酵桶或制曲池的数据参数，其在上述无线传感器网络中不仅接收传感器节点采集的各环境参数，而且实时显示并在需要时发出声光报警，还承担ZigBee路由角色，为其他节点提供数据交换、最优数据链路选择服务；

（4）发酵车间和制曲车间内的所有节点自动组网，并构成基于ZigBee的无线传感器网络，节点之间以无线方式相互通信；

（5）根据发酵工艺中不同发酵阶段的发酵条件设定发酵温度阈值，发酵温度控制节点自动调控蒸汽阀门改变发酵桶周围的蒸汽量，实现自动或半自动调控发酵桶内的发酵温度；若发酵温度超出设定温度阈值，系统会及时启动预警系统进行报警提示；

（6）根据曲种生长条件设定曲池温度、水分以及含氧量阈值，当超出设定环境阈值时，系统及时启动预警系统进行报警提示，同时通知曲池风机调控节点调控曲池通风机开关，实现自动或半自动调控曲池通风，以保障曲种含氧量；通过翻曲机控制节点启动翻曲机，实现自动或者半自动翻曲，以保证曲池中曲种温度、含氧量及水分含量均匀；

（7）所述发酵和制曲车间内的所有节点的数据通过无线传感器网络汇聚于网关节点，并由网关通过WiFi或者以太网将数据接入到局域网或者万维网。

（8）所述的现场预警，在每个监测点如果出现温度异常情况，将要达到一定阈值，则立即在该节点上指示灯进行报警，同时在数据实时显示节点中发出语音及字幕报警，工人进行及时调节。

短信预警，通过短信的方式发送预警信息，并接收短信发来的控制命令，实现对设备的控制；同时对短信发送的记录、发送成功记录和未成功记录保存在服务器，便于查询；

客户终端预警，在客户终端上可以实时查看现场数据，一旦发生异常及时报警，若长时间未得到处理则报警升级，同时记录。

在本实例中，在发酵、制曲过程中设置传感器，通过传感器获取所述的各数据信息；通过电子显示屏实时显示相应酿造通过电子显示屏实时显示所述的发酵过程中不同发酵阶段、不同位置的发酵温度，制曲过程中温度、水分、含氧量参数。

本实施例的基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法能够监测酿造过程的数据信息、精细调控酿造过程中的翻曲/通风/加热执行机构以及数据实时显示，并对系统中的各节点进行统一的管理和操作，将各节点采集的数据信息、决策结果及相关指标通过专家决策系统进行统一管理与存储，使传统酱油工艺发酵过程更加科学规范，产品口味、色泽达到最佳，产量达到最大，提高发酵管理水平与生产效益，振兴百年传统酿造工艺，体现了将物联网技术应用于传统酿造过程的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于物联网的传统酿造过程的监控系统与方法，包括用于实时采集酿造过程中的数据信息的传感器采集节点、用于控制酿造过程中的环境参数的执行机构控制节点、用于实时显示酿造过程中的各种检测数据的数据实时显示节点，其特征在于，还包括智能决策管理平台；

所述的服务器包括：

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述的酿造过程预警子系统包括现场预警、短信预警、客户终端预警。

3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述的传感器采集节点包括发酵桶温度采集节点和曲池环境采集节点。

4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述的执行机构控制节点包括发酵桶温度调控节点、曲池风机调控节点和翻曲机控制节点。

5.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述的数据实时显示节点用于实时显示发酵和制曲过程的各种数据信息，需要时可及时发出声光报警。

6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述的传感器采集节点、执行机构控制节点以及数据实时显示节点将信息汇聚到ZigBee路由节点，ZigBee路由节点与智能决策管理平台通过以太网网关或者Wifi网关进行交互。

7.一种基于物联网的传统酿造过程的监控方法，其特征在于，包括步骤：

（1）采集发酵及制曲过程中的实时数据信息；

8.根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于，通过设于发酵和制曲过程中的传感器采集所述的实时数据信息。

9.根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于，通过电子显示屏实时显示所述的采集的实时数据信息。