CN113110265A - 一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，包括以下步骤：S1，数据采集模块通过传感器采集发酵环境数据，并通过控制模块分析处理，并且对微生物图片进行分析处理；S2，分析处理之后的数据通过Wifi链式通信的方式发送至PC端或者移动端，PC端或者移动端发布命令；S3，Wifi收发模块将接收的环境数据命令进行打包处理；S4，打包形成数据包后通过Internet各网关和路由器传输到控制模块；S5，控制模块将传输来的数据包进行解压，解压之后数据还原，根据命令数据内容进行环境调控执行处理；通过发酵系统结合物联网远程控制发酵环境，对发酵环境实施24时监测，保证发酵环境，提升发酵质量。

Description

一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法

技术领域

本发明属于发酵工程领域，尤其涉及一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法。

背景技术

生物发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分。

目前生物发酵工程一般采用传统的发酵工艺，通过工业化进行发酵，工艺较为落后，自动化程度较低，控制相对繁琐，而且对于发酵环境相对难以控制，对于发酵的温湿度、氧气含量、二氧化碳含量比较难以做到实时监测，尤其是对于发酵液中的菌株浓度和数量难以估算，影响发酵的质量问题。

中国专利申请号202020038232.7公开了一种新型生物发酵系统，包括培养罐、发酵罐和接收罐，所述培养罐的外侧安置有中和剂储罐，所述培养罐通过送料装置与发酵罐相连通，所述发酵罐的外侧设置有研磨装置，所述研磨装置的输出端与发酵罐的进料口相连接，所述发酵罐通过送料装置与接收罐相连接，所述送料装置同时与研磨装置之间相连接。通过发酵罐和研磨罐之间进行循环，完成对发酵罐温湿度、氧气的置换和调控，调控精确度差，而且无法保证发酵液中的菌种质量。

中国专利申请号201811529910.3一种生物发酵系统，包括控制器、加压泵、生物发酵罐、设置于所述生物发酵罐外侧顶部的搅拌电机以及设置于所述生物发酵罐内部与所述搅拌电机通过减速器连接的搅拌器，所述加压泵和所述搅拌电机均与所述控制器电连接，所述加压泵与设置于所述生物发酵罐上侧的加压管之间通过导气管连接，所述生物发酵罐的内侧底部设有电加热片，所述生物发酵罐的上侧连通有进料管，所述生物发酵罐的下侧连通有排料管。采用传统的发酵工艺，智能化程度低，控制繁琐，难以保证发酵环境。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过发酵系统结合物联网远程控制发酵环境，对发酵环境实施24时监测，保证发酵环境，提升发酵质量；命令端与控制端的传输层采用Wifi链式通信，便于在发酵罐内安装监测设备，增加信号传输的安全性，防止信号丢失；通过显微镜相机对发酵液进行拍摄，并且对微生物图像进行分析，结合执行端对发酵环境的控制，增加发酵环境的可控性，进一步提升发酵的质量。

本发明提供如下技术方案：

一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，包括以下步骤：S1，数据采集模块通过传感器采集发酵环境数据，并通过控制模块分析处理，并且对微生物图片进行分析处理；

S2，处理之后的数据通过Wifi链式通信的方式发送至PC端或者移动端，PC端或者移动端发布命令；

S3，Wifi收发模块将接收的环境数据命令进行打包处理，包括数据采集传感器的ID号，后台控制中心的IP地址和端口号；

S4，打包形成数据包后通过Internet各网关和路由器传输到控制模块；

S5，控制模块将传输来的数据包进行解压之后进行数据还原，根据命令数据内容进行环境调控执行处理，最后将数据存储数据库中，备后期使用。

优选的，步骤S2-S5中，传感器包括温湿度传感器、二氧化碳传感器，温湿度传感器、二氧化碳传感器节点将采集到的环境数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过Wifi链式通信传输至移动端或者PC端，通过移动端或者PC端对控制模块发布命令，通过控制模块控制加热、降温设备，加湿、除湿设备，通风设备的开合对发酵环境进行调整。

优选的，同时微生物图像经过单片机分析处理之后，将分析数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过因特网传输至移动端或者PC端，工作人员能够直观的观测发酵环境菌群数量和浓度，根据菌群的数量和浓度调控发酵环境，提高发酵质量。

优选的，一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法采用一种发酵环境调节装置，包括控制端、命令端、执行端；所述控制端对应数据采集模块和摄取、处理微生物图片，所述命令端包括单片机与控制终端进行无线连接，所述执行端由控制模块连接驱动电路完成通风控制、温度控制、湿度控制；

所述控制端与命令端进行无线通信，控制端包括至少两个温湿度检测器和至少两个二氧化碳检测器，至少两个温湿度检测器和至少两个二氧化碳检测器通过设置的Wifi收发转换器与PC端或移动端连接；

所述控制端对应物联网的感应层，是整个环境调节系统的源头，实时采集发酵环境的多种环境信息；所述命令端对应物联网的传输层，传输层将感应层获取的数据经过控制模块经过分析处理之后传递至命令端；所述控制端对应物联网的应用层，命令端将传输层发送的数据信息接受，经过控制模块分析处理之后存入数据库，且命令端发布执行操作命令回传至控制模块，控制模块通过驱动电路完成通风控制、温度控制、湿度控制。

优选的，所述温湿度检测器包括至少一个温湿度传感器、数据采集模块、Wifi收发模块、FPGA模块；至少一个温湿度传感器通过数据采集模块与FPGA模块连接，FPGA模块与Wifi收发模块进行连接；至少两个温湿度检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

优选的，所述二氧化碳检测器包括至少一个二氧化碳传感器、数据采集模块、Wifi收发模块、FPGA模块；至少一个二氧化碳传感器通过数据采集模块与FPGA模块连接，FPGA模块与Wifi收发模块进行连接；至少两个二氧化碳检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

优选的，链式通信组网的过程为Wifi收发转换器先发出组网信号，同时二氧化碳检测器和温湿度检测器内的Wifi收发模块测试接受的组网信号强度，接受组网信号强度最大的Wifi收发模块与Wifi收发转换器进行通信连接，之后与Wifi收发转换器连接的该Wifi收发模块测试接受其它Wifi收发模块节点的信号强度，依次完成链式组网。

优选的，该环境调节装置包括调节系统，调节系统包括命令模块、控制模块、执行模块。

优选的，所述命令模块包括身份认证、权限管理、现场控制；控制模块包括数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块；所述执行模块包括加热、降温设备，加湿、除湿设备，通风设备。

优选的，所述数据采集模块还包括通过照相显微镜摄取发酵液微生物图片，通过控制模块对发酵液微生物图片进行分析处理，判断发酵环境微生物浓度，来更好的保证发酵环境调节效果。

优选的，发酵液微生物图片分析处理步骤包括，预处理部分、图像分割部分、识别检测部分，测量出发酵液微生物菌落浓度，便于对发酵环境菌落环境进行调节控制。

优选的，预处理部分包括灰度处理、降噪处理、边缘检测；图像分割部分包括阈值分割、粘连目标分割、边缘剔除；识别检测部分包括对发酵环境菌落进行分类、计数，及对菌落浓度计算。

优选的，所述二氧化碳检测器包括两个二氧化碳传感器、两个温湿度传感器，两个二氧化碳检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

优选的，所述报警采用声光报警，当发酵环境低于或者高于设定的二氧化碳高浓度、温湿度值时都会通过蜂鸣器发出警报声，并且控制器控制报警灯进行闪烁。

优选的，所述数据采集模块采用多通道并行AD转换模块，具体可采用AD7770为AD采集芯片，AD7770芯片是8通道、24位同步采样ADC，采样速率分辨率高15.80 × 10⁻⁶ SPS，采样精确度高。

另外，控制模块在对数据采集模块采集数据进行分析时，先进行数据分段，之后对于每段数据进行特征提取，根据发酵环境内菌群的数量和发酵周期对采集的数据特征信号进行分层逐步处理，对每一层利用聚类算法找出每一层的聚类中心，得出少部分发酵环境数据集合，在对每一小部分发酵环境数据集合进行分类器训练，提取比较好的训练结果；然后对新数据集进行重新分层，对于新的数据层集先通过聚类计算出其每一簇数据的中心，然后再之前建立的数据库的每一层聚类中心求取真实距离，再把新生成的数据集的聚类中心的距离相加；距离和最小的重新分类，对最新数据完成分层；重复上述方法一直求取最底层集合进行分类，得到综合的发酵环境信息，便与改善和调控发酵环境，进一步促进调控发酵环境温湿度、二氧化碳浓度的精确性。

另外，通过显微镜相机采集微生物图像，将其传输至单片机，得到彩色图像，对彩色图像进行预处理，预处理的过称为，将图像进行灰度处理，使图像的RGB分量数值相同，此过程中分别使用不同的权值对R、G、B三个分量进行加权平均，得到相同的RGB分量数值，则图像的灰度值M满足M=x·R+y·G+z·B，则上述公式中x为R的权值，取值范围0.268-0.299；上述公式中y为G的权值，取值范围0.521-0.586；上述公式中z为B的权值，取值范围0.092-0.124；灰度值M表示像素点的明暗程度；对数据进行灰度处理，减小数据量，提高检测效率；灰度处理之后进行降噪处理，降噪处理的过称为，将目标像素点及周围像素的值根据大小依次排序将位于该序列中间的像素值用来表示目标像素点的值，对像素点周围选取奇数点进行计算，将3·3邻域内所有像素点按照大小排列，经过斤算用中点作为该像素点，将图像中的每个像素点做此计算，完成噪音处理，增加图像数据的精确性。之后对图像进行边缘检测，首先对微生物图像进行图像滤波，消除噪声干扰，其次对微生物图像增强处理，定位后选边缘点，再次进行图像检测，筛选边缘点，最后对图像进行定位，估算边缘位置。

另外，预处理之后对图像进行迭代阈值分割，在微生物图像中，菌落会发生粘连现象，为了提升菌落群技术的准确性，需要对粘连记性分割，分割前对粘连判断的过程采用凹性度S进行判别，则C满足C=S1/S2；S1表示菌落总面积，S2表示菌落的最小凸多边形面积；当C较大时，菌落边缘比较光滑，C铰小时，菌落边缘不规则，比较凹陷；当C小于D时，图像存在粘连，D为小于1的值，若粘连菌落呈圆形，凹陷相对明显，提升D值，若粘连菌落呈椭圆形，凹陷相对平缓，降低D的值，当粘连满足以上条件时，需要进行粘连分割，增加菌落计数的准确性。

另外，对于微生物图像的菌落识别检测，具体方法为，对图像进行二值化处理，处理之后将图像进行整个扫描处理，寻找非零像素点，并找出该像素点的同一连通域，处在同一连通域的像素记为同一菌落，不同连通域的菌落记为不同菌落，当扫描到第一个白色非零像素点时，该点记为A，A作为种子点，将其连通域所有白色像素点标记值记为1，直到该连通域没有白色像素点出现，则此连通域为一个菌落，且该菌落的面积是保色像素点的点数；按照此种方式，统计整个图像中不同连通域内的像素点数，即为所有菌落的总面积，总菌落的个数即是全部不同连通域内像素点个数的总和。以上述方法记录菌落总个数，推算出整个发酵液环境的菌落浓度，将此信息通过单片机发送至移动端或PC端，通过移动端或PC端发布发酵环境的调控命令，结合传感器对发酵环境的实时监测，增加发酵环境调控的精确性，保证发酵环境的菌落数量和菌落浓度，从而提升发酵质量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过发酵系统结合物联网远程控制发酵环境，智能化程度高，对发酵环境实施24时监测，保证发酵环境，提升发酵质量。

（2）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，命令端与控制端的传输层采用Wifi链式通信，便于在发酵罐内安装监测设备，增加信号传输的安全性，防止信号丢失。

（3）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过显微镜相机对发酵液进行拍摄，并且对微生物图像进行分析，结合执行端对发酵环境的控制，增加发酵环境的可控性，进一步提升发酵的质量。

（4）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过控制模块在对数据采集模块采集数据进行分析，得出较小的集中的数据集合，便与改善和调控发酵环境，进一步促进调控发酵环境温湿度、二氧化碳浓度的精确性。

（5）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，对数据进行灰度处理，减小数据量，提高检测效率，通过设定的图像菌落粘连识别方法，对粘连的菌落进行分割，增加菌落判定的准确程度，进一步提升菌落技术的准确性。

（6）本发明一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过移动端或PC端发布发酵环境的调控命令，结合传感器对发酵环境的实时监测，增加发酵环境调控的精确性，保证发酵环境的菌落数量和菌落浓度，从而提升发酵质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的整体系统框图。

图2是本发明的传输层系统框图。

图3是本发明的温度检测器系统框图。

图4是本发明的功能示意图。

图5是本发明的微生物图像处理流程图。

图6是本发明的温湿度传感器电路图。

图7是本发明的二氧化碳传感器电路图。

图8是本发明的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图8所示，一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，包括以下步骤：S1，数据采集模块通过传感器采集发酵环境数据，并通过控制模块分析处理，并且对微生物图片进行分析处理；

S2，处理之后的数据通过Wifi链式通信的方式发送至PC端或者移动端，PC端或者移动端发布命令；

S3，Wifi收发模块将接收的环境数据命令进行打包处理，包括数据采集传感器的ID号，后台控制中心的IP地址和端口号；

S4，打包形成数据包后通过Internet各网关和路由器传输到控制模块；

S5，控制模块将传输来的数据包进行解压之后进行数据还原，根据命令数据内容进行环境调控执行处理，最后将数据存储数据库中，备后期使用。

步骤S2-S5中，传感器包括温湿度传感器、二氧化碳传感器，温湿度传感器、二氧化碳传感器节点将采集到的环境数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过Wifi链式通信传输至移动端或者PC端，通过移动端或者PC端对控制模块发布命令，通过控制模块控制加热、降温设备，加湿、除湿设备，通风设备的开合对发酵环境进行调整。

同时微生物图像经过单片机分析处理之后，将分析数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过因特网传输至移动端或者PC端，工作人员能够直观的观测发酵环境菌群数量和浓度，根据菌群的数量和浓度调控发酵环境，提高发酵质量。

实施例二：

如图1、6-7所示，一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法采用一种发酵环境调节装置，包括控制端、命令端、执行端；所述控制端对应数据采集模块和摄取、处理微生物图片，所述命令端包括单片机与控制终端进行无线连接，所述执行端由控制模块连接驱动电路完成通风控制、温度控制、湿度控制；所述控制端与命令端进行无线通信，控制端包括至少两个温湿度检测器和至少两个二氧化碳检测器，至少两个温湿度检测器和至少两个二氧化碳检测器通过设置的Wifi收发转换器与PC端或移动端连接；

所述控制端对应物联网的感应层，是整个环境调节系统的源头，实时采集发酵环境的多种环境信息；所述命令端对应物联网的传输层，传输层将感应层获取的数据经过控制模块经过分析处理之后传递至命令端；所述控制端对应物联网的应用层，命令端将传输层发送的数据信息接受，经过控制模块分析处理之后存入数据库，且命令端发布执行操作命令回传至控制模块，控制模块通过驱动电路完成通风控制、温度控制、湿度控制。

所述报警采用声光报警，当发酵环境低于或者高于设定的二氧化碳高浓度、温湿度值时都会通过蜂鸣器发出警报声，并且控制器控制报警灯进行闪烁。

实施例三：

如图2-3所示，在实施例一的基础上，所述温湿度检测器包括至少一个温湿度传感器、数据采集模块、Wifi收发模块、FPGA模块；至少一个温湿度传感器通过数据采集模块与FPGA模块连接，FPGA模块与Wifi收发模块进行连接；至少两个温湿度检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

所述二氧化碳检测器包括至少一个二氧化碳传感器、数据采集模块、Wifi收发模块、FPGA模块；至少一个二氧化碳传感器通过数据采集模块与FPGA模块连接，FPGA模块与Wifi收发模块进行连接；至少两个二氧化碳检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

链式通信组网的过程为Wifi收发转换器先发出组网信号，同时二氧化碳检测器和温湿度检测器内的Wifi收发模块测试接受的组网信号强度，接受组网信号强度最大的Wifi收发模块与Wifi收发转换器进行通信连接，之后与Wifi收发转换器连接的该Wifi收发模块测试接受其它Wifi收发模块节点的信号强度，依次完成链式组网。所述二氧化碳检测器包括两个二氧化碳传感器、两个温湿度传感器，两个二氧化碳检测器通过Wifi收发模块进行链式通信。

所述数据采集模块采用多通道并行AD转换模块，具体可采用AD7770为AD采集芯片，AD7770芯片是8通道、24位同步采样ADC，采样速率分辨率高15.80 × 10⁻⁶ SPS，采样精确度高。

实施例四：

如图4所示，在实施例二的基础上，该环境调节装置包括调节系统，调节系统包括命令模块、控制模块、执行模块；所述命令模块包括身份认证、权限管理、现场控制；控制模块包括数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块；所述执行模块包括加热、降温设备，加湿、除湿设备，通风设备。

控制模块在对数据采集模块采集数据进行分析时，先进行数据分段，之后对于每段数据进行特征提取，根据发酵环境内菌群的数量和发酵周期对采集的数据特征信号进行分层逐步处理，对每一层利用聚类算法找出每一层的聚类中心，得出少部分发酵环境数据集合，在对每一小部分发酵环境数据集合进行分类器训练，提取比较好的训练结果；然后对新数据集进行重新分层，对于新的数据层集先通过聚类计算出其每一簇数据的中心，然后再之前建立的数据库的每一层聚类中心求取真实距离，再把新生成的数据集的聚类中心的距离相加；距离和最小的重新分类，对最新数据完成分层；重复上述方法一直求取最底层集合进行分类，得到综合的发酵环境信息，便与改善和调控发酵环境，进一步促进调控发酵环境温湿度、二氧化碳浓度的精确性。

实施例五：

如图5所示，在实施例一的基础上，所述数据采集模块还包括通过照相显微镜摄取发酵液微生物图片，通过控制模块对发酵液微生物图片进行分析处理，判断发酵环境微生物浓度，来更好的保证发酵环境调节效果。

发酵液微生物图片分析处理步骤包括，预处理部分、图像分割部分、识别检测部分，测量出发酵液微生物菌落浓度，便于对发酵环境菌落环境进行调节控制；预处理部分包括灰度处理、降噪处理、边缘检测；图像分割部分包括阈值分割、粘连目标分割、边缘剔除；识别检测部分包括对发酵环境菌落进行分类、计数，及对菌落浓度计算。

通过显微镜相机采集微生物图像，将其传输至单片机，得到彩色图像，对彩色图像进行预处理，预处理的过称为，将图像进行灰度处理，使图像的RGB分量数值相同，此过程中分别使用不同的权值对R、G、B三个分量进行加权平均，得到相同的RGB分量数值，则图像的灰度值M满足M=x·R+y·G+z·B，则上述公式中x为R的权值，取值范围0.268-0.299；上述公式中y为G的权值，取值范围0.521-0.586；上述公式中z为B的权值，取值范围0.092-0.124；灰度值M表示像素点的明暗程度；对数据进行灰度处理，减小数据量，提高检测效率；灰度处理之后进行降噪处理，降噪处理的过称为，将目标像素点及周围像素的值根据大小依次排序将位于该序列中间的像素值用来表示目标像素点的值，对像素点周围选取奇数点进行计算，将3·3邻域内所有像素点按照大小排列，经过斤算用中点作为该像素点，将图像中的每个像素点做此计算，完成噪音处理，增加图像数据的精确性。之后对图像进行边缘检测，首先对微生物图像进行图像滤波，消除噪声干扰，其次对微生物图像增强处理，定位后选边缘点，再次进行图像检测，筛选边缘点，最后对图像进行定位，估算边缘位置。

预处理之后对图像进行迭代阈值分割，在微生物图像中，菌落会发生粘连现象，为了提升菌落群技术的准确性，需要对粘连记性分割，分割前对粘连判断的过程采用凹性度S进行判别，则C满足C=S1/S2；S1表示菌落总面积，S2表示菌落的最小凸多边形面积；当C较大时，菌落边缘比较光滑，C铰小时，菌落边缘不规则，比较凹陷；当C小于D时，图像存在粘连，D为小于1的值，若粘连菌落呈圆形，凹陷相对明显，提升D值，若粘连菌落呈椭圆形，凹陷相对平缓，降低D的值，当粘连满足以上条件时，需要进行粘连分割，增加菌落计数的准确性。

对于微生物图像的菌落识别检测，具体方法为，对图像进行二值化处理，处理之后将图像进行整个扫描处理，寻找非零像素点，并找出该像素点的同一连通域，处在同一连通域的像素记为同一菌落，不同连通域的菌落记为不同菌落，当扫描到第一个白色非零像素点时，该点记为A，A作为种子点，将其连通域所有白色像素点标记值记为1，直到该连通域没有白色像素点出现，则此连通域为一个菌落，且该菌落的面积是保色像素点的点数；按照此种方式，统计整个图像中不同连通域内的像素点数，即为所有菌落的总面积，总菌落的个数即是全部不同连通域内像素点个数的总和。以上述方法记录菌落总个数，推算出整个发酵液环境的菌落浓度，将此信息通过单片机发送至移动端或PC端，通过移动端或PC端发布发酵环境的调控命令，结合传感器对发酵环境的实时监测，增加发酵环境调控的精确性，保证发酵环境的菌落数量和菌落浓度，从而提升发酵质量。

通过上述技术方案得到的装置是一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，通过发酵系统结合物联网远程控制发酵环境，智能化程度高，对发酵环境实施24时监测，保证发酵环境，提升发酵质量；命令端与控制端的传输层采用Wifi链式通信，便于在发酵罐内安装监测设备，增加信号传输的安全性，防止信号丢失；通过显微镜相机对发酵液进行拍摄，并且对微生物图像进行分析，结合执行端对发酵环境的控制，增加发酵环境的可控性，进一步提升发酵的质量；通过控制模块在对数据采集模块采集数据进行分析，得出较小的集中的数据集合，便与改善和调控发酵环境，进一步促进调控发酵环境温湿度、二氧化碳浓度的精确性；对数据进行灰度处理，减小数据量，提高检测效率，通过设定的图像菌落粘连识别方法，对粘连的菌落进行分割，增加菌落判定的准确程度，进一步提升菌落技术的准确性；通过移动端或PC端发布发酵环境的调控命令，结合传感器对发酵环境的实时监测，增加发酵环境调控的精确性，保证发酵环境的菌落数量和菌落浓度，从而提升发酵质量。

本发明中未详细阐述的其它技术方案均为本领域的现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；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 (7)

1.一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，数据采集模块通过传感器采集发酵环境数据，并通过控制模块分析处理，并且对微生物图片进行分析处理；

S2，分析处理之后的数据通过Wifi链式通信的方式发送至PC端或者移动端，PC端或者移动端发布命令；

S3，Wifi收发模块将接收的环境数据命令进行打包处理，包括数据采集传感器的ID号，后台控制中心的IP地址和端口号；

S4，打包形成数据包后通过Internet各网关和路由器传输到控制模块；

S5，控制模块将传输来的数据包进行解压，解压之后数据还原，根据命令数据内容进行环境调控执行处理，最后将数据存储数据库中，备后期使用。

2.根据权利要求1所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，步骤S1中，微生物图片分析处理方法为通过显微镜相机采集微生物图像，将其传输至单片机，得到彩色图像，对彩色图像进行预处理，预处理的过称为，将图像进行灰度处理，使图像的RGB分量数值相同。

3.根据权利要求2所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，灰度处理之后进行降噪处理，降噪处理的过称为，将目标像素点及周围像素的值根据大小依次排序将位于该序列中间的像素值用来表示目标像素点的值，对像素点周围选取奇数点进行计算，将3·3邻域内所有像素点按照大小排列，经过斤算用中点作为该像素点，将图像中的每个像素点做此计算，完成噪音处理，增加图像数据的精确性。

4.根据权利要求1所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，步骤S1中，微生物图片分析处理方法还包括，微生物图像的菌落识别检测，具体方法为，对图像进行二值化处理，处理之后将图像进行整个扫描处理，寻找非零像素点，并找出该像素点的同一连通域，处在同一连通域的像素记为同一菌落，不同连通域的菌落记为不同菌落。

5.根据权利要求4所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，对图像进行扫描时，当扫描到第一个白色非零像素点时，该点记为A，A作为种子点，将其连通域所有白色像素点标记值记为1，直到该连通域没有白色像素点出现，则此连通域为一个菌落，且该菌落的面积是保色像素点的点数；按照此种方式，统计整个图像中不同连通域内的像素点数，即为所有菌落的总面积，总菌落的个数即是全部不同连通域内像素点个数的总和。

6.根据权利要求1所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，步骤S2-S5中，传感器包括温湿度传感器、二氧化碳传感器，温湿度传感器、二氧化碳传感器节点将采集到的环境数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过Wifi链式通信传输至移动端或者PC端，通过移动端或者PC端对控制模块发布命令，通过控制模块控制加热、降温设备，加湿、除湿设备，通风设备的开合对发酵环境进行调整。

7.根据权利要求6所述一种采用物联网的生物化工的发酵环境调节方法，其特征在于，同时微生物图像经过单片机分析处理之后，将分析数据通过Zigbee网络传输到Zigbee网关，转换成符合TCP/IP协议的数据和信息通过因特网传输至移动端或者PC端，工作人员能够直观的观测发酵环境菌群数量和浓度，根据菌群的数量和浓度调控发酵环境，提高发酵质量。

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