CN109072165A - 用于控制天然材料发酵的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于控制天然材料发酵的装置(100)。装置(100)包括：一个或多个传感器(102)，配置为测量天然材料(150)的至少一种特性；容器(104)，配置为包含减少或限制天然材料(150)的发酵过程的化学反应剂(106)；阀(108)，与容器(104)耦接；以及控制器(110)，配置为处理天然材料(150)的所测得的至少一种特性，并且如果处理满足预定条件，则控制打开阀(108)，使得化学反应剂(106)释放到天然材料(150)中，以限制天然材料(150)的发酵过程。

Description

用于控制天然材料发酵的装置

技术领域

本发明涉及一种控制天然材料发酵的装置。

背景技术

超过20种天然产品(诸如干草、秸秆、谷物、棉花、鱼油和腐植土)易于自燃或自动燃烧，这是由于在潮湿材料升温并点燃时发生的化学过程。

防止自燃的最常用方法是通过让材料自然干燥来去除材料中的水分。然而，这通常具有挑战性，因为如果材料留在外面，干燥过程强烈依赖于天气条件。一些材料，诸如干草或秸秆，需要几天时间才能达到完全干燥，经常在多雨的条件下中断这一时间跨度。

另一种预防方法是使用电动干燥器通过循环加热的空气蒸发水分来去除水分。然而，这种电气技术方案并不适用于所有产品(例如腐植土)，并且成本高，因为它需要为该过程安装专用基础设施。

可以用化学试剂减少或甚至停止引起自燃的发酵。这些技术方案是全局技术方案，因为它们遍及材料整体，而与材料的水分分布无关。

仅存在用于读取温度和湿度的手动探针。这些探针不随时间提供任何连续监测，也不对发酵过程提供任何积极作用。

因此，需要一种用于控制天然材料发酵的更精细的技术方案。

发明内容

本发明旨在提供一种用于控制天然材料发酵的改进装置。

根据本发明的一个方面，提供一种如权利要求1所述的装置。

本发明主动控制天然材料的发酵过程，由此可以提供以下优点中的至少一个：可以保持天然材料的期望特性和质量，和/或可以抑制天然材料的自燃。

附图说明

下面仅通过示例的方式参考附图描述本发明的示例性实施例，其中，图1和图2示出装置的示例性实施例。

具体实施方式

以下实施例仅是示例。虽然说明书可以在若干位置引用“一个”实施例，但这并不一定意味着每个这样的引用是针对相同的一个或多个实施例，或者该特征仅适用于单个实施例。还可以组合不同实施例的单个特征以提供其他实施例。此外，词语“包括”和“包含”应当被理解为不将所描述的实施例限制为仅由已经提到的那些特征组成，并且这些实施例还可以包含未具体提及的特征/结构。

图1示出用于控制天然材料发酵的装置100，并且图2示出装置100的操作：操作开始于200，并停在210。

装置100包括一个或多个传感器102，其配置为测量(202)天然材料150的至少一种特性。

在示例性实施例中，天然材料150包括以下中的至少一种：农产品、干草、秸秆、谷物、干草捆包、棉花、腐植土。

在示例性实施例中，至少一种特性包括以下中的至少一个：天然材料150的温度、天然材料150的湿度、天然材料150的pH。

在示例性实施例中，传感器102是检测一种形式的能量(例如，温度)并以另一种形式(诸如电信号的电压)进行报告的变换器。当传感器102测量(202)天然材料150的特性时，其产生表示特性的量的值130。

装置100还包括容器104，其配置为包含减少或限制天然材料150的发酵过程的化学反应剂106。

在示例性实施例中，容器104是用于化学反应剂流体106的罐。

在示例性实施例中，化学反应剂106包含以下中的至少一种：碳酸钾、碳酸钠、丙酸、甲酸、乙酸、二乙酸钠、无水氨、亚硫酸盐、山梨酸钾。还可以应用减少或限制天然材料150的发酵过程的其他化学反应剂。

装置100还包括与容器104耦接的阀108。利用阀108，通过打开/关闭容器104的各个输出通道，调节和引导化学反应剂(流体形式，即气体、液体、流化固体或浆液)的流动。

在示例性实施例中，容器104被加压，由此阀108的打开使得化学反应剂106由于压力而流入天然材料150中。

在示例性实施例中，容器104位于阀108上方，由此阀108的打开使得化学反应剂106由于地球重力而流入天然材料150中。

在示例性实施例中，阀108与泵耦接，由此阀108的打开使得化学反应剂106由于泵的泵送作用而流入天然材料150中。

在示例性实施例中，阀108与喷嘴耦接，利用该喷嘴可以控制流体流动的方向或特点：例如，增加流动速度或雾化流体以使其更均匀地分布。

装置100还包括控制器110，其与一个或多个传感器102通信耦合并且与阀108可操作地耦接，控制器110被配置为处理(204)天然材料150的所测得的至少一种特性130，并且如果处理满足(206是)预定条件，则控制(132、208)阀108打开，使得化学反应剂106释放到天然材料150中，以限制天然材料150的发酵过程。

在示例性实施例中，在由天然材料150的性质及其随时间的表现限定的某些条件下，执行容器104的阀108的触发。这样的预定条件可以涉及测量的一种或多种特性：例如，温度和/或湿度和/或pH(酸度/碱度)。

以这种方式，装置100主动控制天然材料150的发酵过程，由此保持天然材料150的期望特性和质量，和/或抑制天然材料150的自燃。因此，装置100满足监测天然产品150的特性随时间的变化的需要，以获得关于可能的发酵的发展和演变的数据，并主动控制该发酵过程以防止任何自燃危险。附加地，控制天然材料150的发酵过程将确保保持其特性和质量。实际上，任何经历过严重发酵的天然材料150都会预见到其价值降低。

如果处理不满足(206否)预定条件，则再次进入操作202。

在示例性实施例中，可以在仅施用一部分存储的化学反应剂106之后关闭阀108，由此可以再次进入操作202。

可以在装置100级别或系统级别(＝装置100与外部实体160交互)做出执行打开容器104的决定。

在示例性实施例中，如果控制器110自主地检测到至少一种特性满足预定阈值，则控制器110配置为使得处理满足预定条件(204和206是)。“自主地”意味着控制器110独立地进行206中的检查。

在替代的示例性实施例中，装置100还包括无线电收发器112，并且如果响应于所测得的至少一种特性通过无线电收发器112传输(212)到外部实体160，无线电收发器112从外部实体160接收满足预定条件的指示134，则控制器110配置为使得处理满足预定条件(204和206是)。

在示例性实施例中，控制器110是简单的阈值检测器，其利用适当的电子器件来实现，电子器件配置为检测至少一个测得的特性是否满足预定条件(例如，满足阈值)。

在可替代的示例性实施例中，控制器110是处理器，即，能够处理数据的器件。

用于处理器110的非穷举性实现技术清单包括但不限于：逻辑组件、标准集成电路、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、专用标准产品(ASSP)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用计算机芯片、现场可编程门阵列(FPGA)和其他合适的电子结构。

在示例性实施例中，处理器110可以实现为实现集成电路上的中央处理单元(CPU)的功能的微处理器。CPU是执行实现功能204、206、208的计算机程序代码的逻辑机器。计算机程序代码可以使用编程语言编码为计算机程序，编程语言可以是高级编程语言，诸如C或Java，或低级编程语言，诸如机器语言或汇编程序。CPU可以包括一组寄存器、算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)。控制单元由从(工作)存储器传送到CPU的一系列计算机程序代码控制。控制单元可以包含用于基本操作的许多微指令。微指令的实现可能会取决于CPU设计而有所不同。微处理器110还可以具有操作系统(嵌入式系统的专用操作系统、实时操作系统或甚至通用操作系统)，其可以为计算机程序代码提供系统服务。

在示例性实施例中，处理器110的功能可以通过合适的硬件描述语言(诸如Verilog或VHDL)来设计，并且被转换为门级网表(描述标准单元和它们之间的电连接)，并且在进一步的阶段之后，可以用描述电路的光掩模来制造实现处理器、存储器和处理器110的代码的芯片。

在示例性实施例中，处理器110被实现为微控制器，其是包含处理器核、存储器和可编程输入/输出外围器件(例如，用于控制阀108)的单个集成电路上的嵌入式计算机。在示例性实施例中，这种微控制器110还可以包括内置无线电收发器112。

在示例性实施例中，装置100还包括无线电发射器112，并且控制器110配置为将数据136传输到外部实体160，该数据136包括以下中的一个或多个：测得的至少一种特性、关于装置100的操作的信息、与异常情况相关的警报。

在示例性实施例中，无线电发射器/收发器112利用ISM频段的低频(例如但不限于13.56MHz、26-28MHz、430-435MHz、860-930MHz、2.45GHz或5.8GHz)，以在潮湿材料内部实现更好的射频穿透。无线电通信模块112的天线可以被设计为用于匹配无线电通信电路并且用于在可能的潮湿环境中进行辐射。

在示例性实施例中，无线电收发器112被实现为蜂窝无线电收发器和/或非蜂窝无线电收发器。在示例性实施例中，蜂窝无线电收发器112可以与各种无线标准/非标准/专有蜂窝无线电网络(诸如任何移动电话网络)互操作，其可以与有线网络(诸如互联网)耦合。

在示例性实施例中，无线通信网络包括任何移动电话网络，而与第几代(诸如2G、3G、4G、后4G、5G等)无关，诸如GSM(全球移动通信系统)、GPRS(通用分组无线电服务)、EGPRS(增强型GPRS)、WCDMA(宽带码分多址)、UMTS(通用移动电话系统)、3GPP(第三代合作伙伴计划)、IMT(国际移动电信)、LTE(长期演进)、LTE-A(LTE-高级)、移动WiMAX和其他无线电系统(以其当前形式和/或其演进形式)。

在示例性实施例中，通信网络支持使用用户身份模块(SIM)，其可以是存储用户数据的集成电路，该用户数据是用于在蜂窝网络上认证和识别用户的网络特定信息。用户识别模块可以嵌入可移动SIM卡中。因此，装置100可以包括SIM卡(和SIM卡读取器)。可替代地，装置100可以包括虚拟或软件SIM卡。

在示例性实施例中，无线通信网络包括无线局域网(WLAN)、热点或接入点，所有这些都可以通过使用连接到互联网服务提供商的链路的路由器来为装置100提供互联网接入。

在示例性实施例中，例如，非蜂窝无线电收发器112可以使用短程无线技术、蓝牙标准、蓝牙低功耗(BLE)标准、无线局域网(WLAN)标准、Wi-Fi(或WiFi)标准、IEEE(电气和电子工程师协会)802.11标准或其演进版本(IEEE 802.11ac等)、专有短程无线电技术。

小区在广阔的地理区域上提供无线电覆盖，从而实现以下情况：装置100和外部装置160之间的物理距离可以非常小，即装置100与外部实体160位于相同小区中，或者该物理距离相当大，即装置100不与外部实体160位于相同小区中。实际上，装置100和外部实体160之间的距离可以从几米到几千千米不等。然而，通常距离可以是几十米到几千米或几百千米。图示以下场景，例如：装置100在谷仓内的干草捆包内，并且外部实体160在农民168的办公室中。

在示例性实施例中，装置100还包括存储器114，并且控制器110还配置为将数据138存储在存储器114中。

术语“存储器”114指代能够存储数据运行时间(＝工作存储器)或永久存储(＝非易失性存储器)的器件。工作存储器和非易失性存储器可以由随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、闪存、固态盘(SSD)、PROM(可编程只读存储器)、合适的半导体或实现电气计算机存储器的任何其他装置来实现。

在示例性实施例中，外部实体160可以包括单个实体或多个通信实体。在示例性实施例中，外部实体160包括外部读取器、基站或更一般地包括网络节点162以传送监测到的数据。节点162可以将数据直接传输到终端用户装置166或者经由服务器164来传输。替代地，外部实体160可以仅包括服务器164和/或用户装置166。节点162和/或服务器164的作用在于管理在现场操作的多个装置100。

在示例性实施例中，用户装置166可以包括终端用户168的通信装置。通信装置166的类型的非穷举性清单包括：智能手表、移动电话、智能电话、平板电脑、平板手机、通用移动计算设备、计算机、笔记本电脑。在示例性实施例中，通信装置166是通用的现成计算设备，其与专用构建的专有设备相反，由此由于仅需要设计、实现和测试专用软件(而不是硬件)，所以研发成本将降低。通信装置166可以采用合适的操作系统，诸如iOS、Android或Windows Phone。在示例性实施例中，用户装置166运行特定的软件应用，其用于控制装置100。

在示例性实施例中，服务器装置164实现向用户168提供服务的用户web服务(例如，通过从装置100接收信息，并向用户装置166提供信息)。

在示例性实施例中，服务器装置164可以由合适的计算资源或各种计算资源的组合来实现。在示例性实施例中，计算资源164可以实现为单个服务器计算机或计算机集群。服务器是客户端-服务器计算模型的一部分，其用作分布式应用，该分布式应用在称为服务器的资源或服务提供方与称为客户端的服务请求方之间划分任务或工作负载。服务器164可以服务于多个装置100和用户装置166。服务器计算机164可以是运行与客户端100、166共享其资源的一个或多个服务器程序的主机。客户端100、166可以向服务器164请求服务功能或内容。此外，客户端100、166可以发起与等待输入请求的服务器164的通信会话。

在示例性实施例中，服务器装置164还可以至少部分地根据云计算模型进行操作。当然，除了服务器装置164的这些示例性实施例之外，还可以利用其他可行的计算架构来实现硬件和软件。因此，除了根据客户端/服务器架构进行操作之外，还可以使用推送技术。在推送技术中，事务请求由服务器装置164发起，而利用拉式技术，由客户端100、166发起对信息的请求。

在示例性实施例中，装置100配置为可插入天然材料150中，使得装置100还包括配置为向装置100提供电能的自给能量源118以及密封装置100的防水壳体116。

在示例性实施例中，壳体116由合成塑料制成。这些包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺(PI)，其在与潮湿材料接触时不易氧化。壳体100防水。壳体116还可以防尘且防震。壳体116可以具有任何合适的形状。壳体116可以由荧光或良好可见的材料制成以便于识别。

在示例性实施例中，自给能量源或独立能量源118可以是将存储的化学能转换为电能的电池。电池118可以是可充电电池。在示例性实施例中，装置100可以包括用于接收电能以对电池118充电的电源接口。电源接口可以将装置100耦合到市电、耦合到车辆中的充电器连接器或者耦合到能够对电池118充电的一些其他电源。除了电池118之外或代替于电池118，装置100可以包括其他便携式能量源，诸如通过光伏效应将光能直接转换为电能的太阳能电池或通过与氧气或其他氧化剂的化学反应将来自燃料的化学能转换为电能的燃料电池。

在示例性实施例中，装置100可以在省电模式下操作以在测量时段期间/之后激活/去激活传感器。

在示例性实施例中，为每个装置100分配唯一标识符，其也可以在与外部实体160的通信(134、136)中使用。以这种方式，外部实体160更容易管理多个装置100。

在示例性实施例中，装置100是探针，其在收集或存放时插入天然材料150内部。

对于本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例性实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (8)

1.一种用于控制天然材料发酵的装置(100)，包括：

一个或多个传感器(102)，配置为测量天然材料(150)的至少一种特性；

容器(104)，配置为包含减少或限制所述天然材料(150)的发酵过程的化学反应剂(106)；

阀(108)，与所述容器(104)耦接；以及

控制器(110)，与所述一个或多个传感器(102)通信耦接并且与所述阀(108)操作地耦接，配置为处理所述天然材料(150)的所测得的至少一种特性，并且如果所述处理满足预定条件，则控制所述阀(108)打开，使得所述化学反应剂(106)释放到所述天然材料(150)中，以限制所述天然材料(150)的发酵过程。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，如果所述控制器(110)自主地检测到所述至少一种特性满足预定阈值，则所述控制器(110)配置为使得所述处理满足所述预定条件。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置(100)还包括无线电收发器(112)，并且如果响应于所测得的至少一种特性通过所述无线电收发器(112)传输到外部实体(160)，所述无线电收发器(112)从所述外部实体(160)接收满足所述预定条件的指示(134)，则所述控制器(110)配置为使得所述处理满足所述预定条件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置(100)还包括无线电发射器(112)，并且所述控制器(110)配置为将数据(136)传输到外部实体(160)，所述数据(136)包括以下中的一个或多个：测得的至少一种特性、关于所述装置(100)的操作的信息、与异常情况相关的警报。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置(100)配置为能够插入到所述天然材料(150)中，使得所述装置(100)还包括配置为向所述装置(100)提供电能的自给能量源(118)以及密封所述装置(100)的防水壳体(116)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一种特性包括以下中的至少一个：所述天然材料(150)的温度、所述天然材料(150)的湿度、所述天然材料(150)的pH。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述天然材料(150)包括以下中的至少一种：农产品、干草、秸秆、谷物、干草捆包、棉花、腐植土。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述化学反应剂(106)包括以下中的至少一种：碳酸钾、碳酸钠、丙酸、甲酸、乙酸、二乙酸钠、无水氨、亚硫酸盐、山梨酸钾。