CN107065707A - 一种基于无线通信的沼气发酵管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，包括：主控模块、电源模块、数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块、移动接收控制终端；其中数据采集模块用于采集温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据实时送入主控模块或者存储模块等待数据处理；主控模块对数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块发出相应的指令信号，此外还能够和移动接收控制终端实时进行信息传输。本发明可以实时的检测发酵室内的相关参数息，同时能够根据需要自动控制调节相关参数和环境温湿度，监控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的实用价值和较广泛的应用前景。

Description

一种基于无线通信的沼气发酵管控系统

技术领域

本发明涉及沼气生产安全技术领域，具体涉及一种基于无线通信的沼气发酵管控系统。

背景技术

随着社会的进步，人类生活水平的提高，发酵工程对人类生活的作用越来越重要，其中沼气发酵工程在整个生物工程中发展相对较为成熟，它是将固定在生物质内的能量转化为甲烷气能，特别适应于牛粪便、污水、有机垃圾的处理，因此沼气发酵工程是一种既具有环保作用，又能开发生物质能的技术手段，是生物工程和现代生物技术及其产业化的基础。

发酵过程生产的主要特点为“有限生产”和“无现实稳态性”，所谓“有限生产”指发酵过程生产的每个批次持续时间是有限的，而“无现实稳态性”是指发酵生产过程不同与连续生产过程，属于非稳态生产操作，即无稳定工作点，反应器内物料的浓度及反应速率等均随时间变化，过程的重要变量如温度、压力、原料浓度等均有工艺曲线作为参考，生产方案的目的在于提高发酵生产过程的可重复性，尽量保证批次间产品质量的一致性，但是由于过程本身的复杂性以及干扰的影响，实际操作条件往往会和生产方案有所区别，微生物的生长对环境变化极为敏感，生产条件偏离了预先设定的最佳条件，就会影响其内部的代谢过程，降低菌体的质量和数量；如果能够在出现异常的初期，及时给出预警信息，并针对不同情况采取适当的措施，就可以有效地减少经济损失。

另一方面近年来大量沼气工程得到了快速推广应用，但是沼气泄露造成的安全隐患，可以引起火灾、爆炸，严重时甚至会造成人员伤亡和巨大的经济损失，对于沼气工程进行监测具有重要的现实意义，现有的沼气监测系统主要采用有限连接方式，通长采用标准CAN 总线或者RS485 总线构成分布式监测网络，但是存在需要连接电缆的数量较大，构建成本较高且系统的维护和管理很不方便。

由此可见，上述现有的沼气发酵监控系统在结构与使用上，仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，该沼气发酵管控系统可以实时的检测发酵室内的相关参数息，同时能够根据需要自动控制调节相关参数和环境温湿度，监控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的实用价值和较广泛的应用前景。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，包括：主控模块、电源模块、数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块、移动接收控制终端；

所述主控模块用于接收处理数据采集模块检测到的数据以及通信模块接收的移动接收控制终端发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动接收控制终端发出信号对发酵调节处理模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；

所述电源模块用于向主控模块、数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块提供所需要的稳压市电或直流电；

所述数据采集模块包括设置在沼气发酵室内部的环境参数采集模块和气体浓度数据采集模块；所述环境参数采集模块包括温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、气压传感器；所述气体浓度数据采集模块包括甲烷浓度检测器、氨气浓度检测器、硫化氢浓度检测器；所述数据采集模块用于采集温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并将采集到的数据送入主控模块或者存储模块等待数据处理；

所述显示报警模块用来实时显示沼气发酵室的工作状态、相应的环境参数以及各类气体浓度参数，并在相关参数超过预定阈值时发出相应的报警铃声；

所述发酵调节处理模块用于当被检测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端设定新的控制参数时，根据主控模块发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证沼气发酵室内部的相关检测参数数据在要求的范围之内；

所述存储模块用来存储数据采集模块采集到的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块调用；

所述通信模块用于向移动接收控制终端发送采集处理的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据或者接收移动接收控制终端的指令信息送入主控模块以供调用；

所述移动接收控制终端用于实时接收沼气发酵室的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并根据需要人为远程设定管控参数以供主控模块调用。

优选地，所述主控模块为FPGA、ARM、DSP中的一种。

优选地，所述电源模块包括市电模块、交直流变换模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块；所述蓄电池模块为可充电锂电池。

优选地，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

优选地，所述显示报警模块包括LED电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

优选地，所述发酵调节处理模块包括料液进出控制模块、温度湿度调节模块、空气交换模块、搅拌模块；

所述料液进出控制模块包括设置在发酵室两侧的进料口和出料口以及控制进料和出料的伺服电机；所述温度湿度调节模块包括设置在发酵室内部的加热器、安装在发酵室外部且与发酵室内部联通的空调系统；所述空气交换模块包括安装在发酵室两侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、设置在出风风管道内部的干燥去异味过滤模块以及控制进风出风的伺服电机；所述搅拌模块为安装在发酵室内部与发酵料液接触的搅拌机。

优选地，所述通信模块包括WiFi通信模块和Zigbee 通信模块。

优选地，所述移动接收控制终端包括移动接收设备和安装在设备上的沼气发酵管控系统APP；

所述移动接收设备为智能手环、智能手机、平板电脑中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明的基于无线通信的沼气发酵管控系统中数据采集模块利用若干个设置在发酵室内的无线传感器将温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度实时的传输给了主控模块，一方面能够全方面准确有效的掌控发酵过程中的主要参数信息，另一方面无线传感器的使用也减少了布线，降低了施工的难度。

（2）本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统的主控模块采用了FPGA、ARM、DSP中的一种微处理器，其功耗较小、可靠性性较高、编程简单、效率较高、价格较低、数据处理速度较快、指令执行速度更快，能够有效提高管控系统的灵敏度和可靠性，降低的能耗，节约了资源。

（3）本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统的电源模块中包括市电模块、交直流变换模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块，其中蓄电池模块为可充电锂电池；充电保护模块一方面在电池电压下降到预定值，才允许给电池充电，让电池不会长期维持在充满状态，另一方面对电池实行恒流充电避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；稳压稳流模块能够提供给各个模块稳定的市电、直流电，有效提高了各个模块的使用寿命；蓄电池模块能够在市电异常时为系统特别是灯具模块提供必要的电力来源，有效的避免了电力异常对于发酵过程的影响，大大提高了发明的管控系统抗风险能力。

（4）本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统中的发酵调节处理模块包括料液进出控制模块、温度湿度调节模块、空气交换模块，搅拌模块；料液进出控制模块能够根据需要自动将发酵后的废料排出，及时补充新的发酵原料；温度湿度调节模块能够根据实际需要对发酵料液进行加热，或者对发酵室内部进行降温，促使微生物在适合温度下按照要求进行繁殖；空气交换模块用于根据需要减少发酵室内的气体压力，同时还能够干燥发酵出的沼气，并去除其中的臭味；搅拌模块能够根据需要对料液进行搅拌，加快其发酵进程、提高原料的发酵率。

（5）本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统中采用的显示报警模块包括LED电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器，能够使工作人员直观的掌握到发酵室内温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并能根据危险等级进行语音播报和鸣笛警报，大大提高了整个发酵管控系统的效率和功能。

（6）本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统用的通信模块，包括WiFi通信模块和Zigbee通信模块能够无线传输数据，一方面减少了施工难度，另一方面能够实时的与移动接收控制终端进行通信，将相关信息传送给移动接收控制终端的同时还能够接收移动接收控制终端，大大提高了发明的管控系统的监控效果和功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统示意图；

图2为本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统的数据采集模块示意图；

图3为本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统的发酵调节处理模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本实施例中提供了一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，包括：

主控模块1、电源模块2、数据采集模块3、显示报警模块4、发酵调节处理模块5、存储模块6、通信模块7、移动接收控制终端8；

所述主控模块1用于接收处理数据采集模块3检测到的数据以及通信模块7接收的移动接收控制终端8发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动接收控制终端8发出信号对发酵调节处理模块5、存储模块6、显示报警模块4发出相应的指令信号；

所述电源模块2用于向主控模块1、数据采集模块3、显示报警模块4、发酵调节处理模块5、存储模块6、通信模块7提供所需要的稳压市电或直流电；

所述数据采集模块3包括设置在沼气发酵室内部的环境参数采集模块31和气体浓度数据采集模块32；所述环境参数采集模块包括温度传感器311、湿度传感器312、PH值传感器313、气压传感器314；所述气体浓度数据采集模块32包括甲烷浓度检测器321、氨气浓度检测器322、硫化氢浓度检测器323；所述数据采集模块3用于采集温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并将采集到的数据送入主控模块1或者存储模块6等待数据处理；

所述显示报警模块4用来实时显示沼气发酵室的工作状态、相应的环境参数以及各类气体浓度参数，并在相关参数超过预定阈值时发出相应的报警铃声；

所述发酵调节处理模块5用于当被检测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端8设定新的控制参数时，根据主控模块1发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证沼气发酵室内部的相关检测参数数据在要求的范围之内。

所述存储模块6用来存储数据采集模块3采集到的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块1调用；

所述通信模块7用于向移动接收控制终端8发送采集处理的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据或者接收移动接收控制终端8的指令信息送入主控模块1以供调用；

所述移动接收控制终端8用于实时接收沼气发酵室的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并根据需要人为远程设定管控参数以供主控模块1调用。

本实施例中主控模块1为ARM微处理器。

本实施例中电源模块2包括市电模块、交直流变换模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块；所述蓄电池模块为可充电锂电池。

本实施例中存储模块6包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

本实施例中显示报警模块4包括LED电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

本实施例中发酵调节处理模块5包括料液进出控制模块51、温度湿度调节模块52、空气交换模块53、搅拌模块54；

所述料液进出控制模块51包括设置在发酵室两侧的进料口和出料口以及控制进料和出料的伺服电机；所述温度湿度调节模块52包括设置在发酵室内部的加热器、安装在发酵室外部且与发酵室内部联通的空调系统；所述空气交换模块53包括安装在发酵室两侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、设置在出风风管道内部的干燥去异味过滤模块以及控制进风出风的伺服电机；所述搅拌模块54为安装在发酵室内部与发酵料液接触的搅拌机。

本实施例中通信模块7包括WiFi通信模块和Zigbee 通信模块。

本实施例中移动接收控制终端8包括移动接收设备和安装在设备上的沼气发酵管控系统APP；

所述移动接收设备为智能手机。

本发明的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统监测时避免了许多人为的误差，数据越限时可自动进行相应处理，使整个系统更为自动化，相对减少了人力物力的消耗。该系统具有开放式、模块化的特点，实用性高，可广泛用于沼气发酵管控，具有较高的实用价值和广泛地应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，包括：主控模块、电源模块、数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块、移动接收控制终端；

所述主控模块用于接收处理数据采集模块检测到的数据以及通信模块接收的移动接收控制终端发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动接收控制终端发出信号对发酵调节处理模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；

所述电源模块用于向主控模块、数据采集模块、显示报警模块、发酵调节处理模块、存储模块、通信模块提供所需要的稳压市电或直流电；

所述数据采集模块包括设置在沼气发酵室内部的环境参数采集模块和气体浓度数据采集模块；所述环境参数采集模块包括温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、气压传感器；所述气体浓度数据采集模块包括甲烷浓度检测器、氨气浓度检测器、硫化氢浓度检测器；所述数据采集模块用于采集温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并将采集到的数据送入主控模块或者存储模块等待数据处理；

所述显示报警模块用来实时显示沼气发酵室的工作状态、相应的环境参数以及各类气体浓度参数，并在相关参数超过预定阈值时发出相应的报警铃声；

所述发酵调节处理模块用于当被检测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端设定新的控制参数时，根据主控模块发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证沼气发酵室内部的相关检测参数数据在要求的范围之内；

所述存储模块用来存储数据采集模块采集到的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块调用；

所述通信模块用于向移动接收控制终端发送采集处理的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据或者接收移动接收控制终端的指令信息送入主控模块以供调用；

所述移动接收控制终端用于实时接收沼气发酵室的温度、湿度、PH值、气压、甲烷浓度、氨气浓度、硫化氢浓度数据，并根据需要人为远程设定管控参数以供主控模块调用。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述主控模块为FPGA、ARM、DSP中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述电源模块包括市电模块、交直流变换模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块；所述蓄电池模块为可充电锂电池。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述显示报警模块包括LED电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

6.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述发酵调节处理模块包括料液进出控制模块、温度湿度调节模块、空气交换模块、搅拌模块；

所述料液进出控制模块包括设置在发酵室两侧的进料口和出料口以及控制进料和出料的伺服电机；所述温度湿度调节模块包括设置在发酵室内部的加热器、安装在发酵室外部且与发酵室内部联通的空调系统；所述空气交换模块包括安装在发酵室两侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、设置在出风风管道内部的干燥去异味过滤模块以及控制进风出风的伺服电机；所述搅拌模块为安装在发酵室内部与发酵料液接触的搅拌机。

7.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述通信模块包括WiFi通信模块和Zigbee 通信模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的沼气发酵管控系统，其特征在于，所述移动接收控制终端包括移动接收设备和安装在设备上的沼气发酵管控系统APP；

所述移动接收设备为智能手环、智能手机、平板电脑中的一种。