专利名称：基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物工程设备领域，更具体的涉及一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置。
背景技术：
近年来，对发酵过程控制的研究已成为国内外研究的热点，主要利用先进的科学技术工具，解决生物发酵过程中参数的测量以及过程优化控制问题。 可见，智能控制方法成为发酵过程控制的一个最有前景的发展方向。但是，目前我国发酵工业的控制技术，特别是固体发酵技术相对于其他工业技术还比较落后，自动化程度不高，至今仍以人工经验调节为主，其工艺控制主要由人工手动调节和控制，测得的数据往往采取离线分析模式，实时性、准确性及精度均不够，直接影响发酵过程中产品的产量与质量，从而降低了发酵的性能指标，不能适应研究和生产控制的需要，在市场竞争中处于较落后的状况。如果在生物固体发酵过程中能够实现温度的自动化控制，必将极大地提高我国发酵行业生产的自动化水平及发酵工业产品的经济效益。因此，探索适用于实时监控固体发酵过程中温度当前状况的自动控制系统，是一个亟待解决的问题。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置。能够克服现有固体发酵技术中温度测量不准确，数据获取不及时，温度控制不均匀，效果不明显等不足，提高生产率、降低成本，具有显著的经济和社会效益。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，包括发酵罐、载物盘，其特征在于发酵罐顶部设有加水口。发酵罐内设有隔热板和载物盘。温度传感器固定在载物盘上。发酵罐通过保温管与制冷器相连。发酵罐内进气口处设有加热丝。动力风机串联在发酵罐与制冷器之间。出气孔设在动力风机与发酵罐之间。进气口设在动力风机与制冷器之间。单片机通过A/D转换器与温度传感器相连。单片机通过D/A转换器与温控模块相连。温控模块与加热丝连接。温控模块与制冷器连接。制冷器上设有冷水进口和冷水出口。[0019]单片机通过8155扩展电路与液晶显示电路和键盘相连。单片机数据输出口与蜂鸣器相连。单片机通过串口通信电路与PC上位机连接。所述的发酵罐为锥形发酵罐。所述的载物盘为插入式载物盘。所述的温度传感器有三个感应点。所述的制冷器所用的冷媒是增湿空气。一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，它主要包括单片机和发酵罐，单片机输入端是温度传感器、键盘，输出端是降温、升温系统、蜂鸣报警器；发酵罐顶部设有加水口，发酵罐进气口处设有加热丝，发酵罐内设有隔热板和载物盘，保温管连接制冷器和发酵罐，通过空气循环泵循环冷、热空气。所述隔热板装置在加热丝与最上层的载物盘之间，防止加热丝对射最上层培养基，影响发酵质量；同时使进入发酵罐内的空气分布更加均匀。所述温度传感器固定在载物盘上，且每个温度传感器有三个感应点，当载物盘插入发酵罐时，温度传感器触头与发酵罐内壁上温度传感器的外部引线触头接触，接通控制电路，系统工作，把温度信息传递给单片机。所述的降温、升温系统包括通过管道循环连接的制冷器、冷却管和加热电阻丝、保温管、空气循环泵。采用循环冷、热空气的方法来冷却或加热固体培养基。其中所用的冷媒是增湿空气，由于空气的比热容较小，要想较快、较好的达到温度控制的效果，空气的流动速度就必须足够快，增湿空气可以很好与跟培养基接触，一方面降低了空气的预定流动速度，另一方面补充发酵过程中所需要的水分。使温度控制的效果得到显著提升，且简化了发酵控制系统。与现有技术相比本实用新型具有如下优点和有益效果本实用新型以STC89C51单片机为核心，通过编制、调试和固化程序，以自动控制为手段，将温度传感器传递的信号转化为数字信号输入单片机，然后在液晶显示屏上显示，并与单片机固化的数据值加以比较，对温控模块进行控制，当测量温度高于预定温度范围时，使制冷器工作，将空气制冷后通过固体培养基以达到自动降温的目的；当温度低于预定温度范围时，使电阻丝工作，将空气加热之后通过固体培养基以达到自动升温的目的；当温度低于或超出设定的极限温度时，蜂鸣器工作，此时温控模块仍然工作，实现对发酵罐内温度的自动控制。本实用新型实用性强，稳定性好、控制精度高。在生物发酵过程中能够较精确地实现温度的自动化控制，能够提高生产率、降低成本。
以下结合附图
对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。图I是基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置的结构示意图；图2是图I中载物盘与温度传感器安装俯视图。图3是单片机及其外扩设备与发酵罐的连接方框图。其中1_加水口，2-加热丝，3-隔热板，4-发酵罐，5-载物盘，6-动力风机，7-出气 L，8-保温管，9-进气孔，10-冷水进口，11-冷水出口，12-制冷器，13-温度传感器，14-扣环，15-密封环，16-传感器触头，17-单片机，18-A/D转换器，19-8155扩展电路，20-温控模块，21-液晶显示电路，22-键盘，23-D/A转换器，24-蜂鸣器，25-串口通信电路，26-PC上位机。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，包括发酵罐4、载物盘5，其特征在于发酵罐4顶部设有加水口 I。发酵罐4内设有隔热板3和载物盘5。温度传感器13固定在载物盘5上。发酵罐4通过保温管8与制冷器12相连。发酵罐4内进气口处设有加热丝2。动力风机6串联在发酵罐4与制冷器12之间。出气孔7设在动力风机6与发酵罐4之间。进气口 9设在动力风机6与制冷器12之间。单片机17通过A/D转换器18与温度传感器13相连。单片机17通过D/A转换器23与温控模块20相连。温控模块20与加热丝2连接。温控模块20与制冷器12连接。制冷器12上设有冷水进口 10和冷水出口 11。单片机17通过8155扩展电路19与液晶显示电路21和键盘22相连。单片机17数据输出口与蜂鸣器24相连。单片机17通过串口通信电路25与PC上位机26连接。所述的发酵罐4为锥形发酵罐。所述的载物盘5为插入式载物盘。所述的温度传感器13有三个感应点。所述的制冷器12所用的冷媒是增湿空气。本实用新型主要包括发酵罐4，设在发酵罐4顶部的加水口 I和与发酵罐相连的温控模块20。其与现有技术的区别在于该发酵罐采用插入式载物盘，载物盘5插入发酵罐后，温度传感器触头16与发酵罐内壁上温度传感器的外部引线触头接触，温度传感器13工作，单片机17接收实时温度信息，并显示在LCD液晶显示屏21上。温控系统采用的冷媒是空气，空气升温结构是加热丝2，降温结构是一个内部用很多细螺旋胶管连接上下两端且左右两端可通过冷却水的制冷器12。其中，动力风机6带动空气在发酵罐及管道里流通，当空气流经制冷器12时，冷水进口 10和冷水出口 11有冷却水流通就可以把空气冷却。发酵罐4内进气口处设有加热丝2，加热丝2工作时可以把流经此处的空气加热。在动力风机6的上游有新鲜空气的出口，下游有新鲜空气的入口，这两孔通入灭菌空气时可以排出发酵罐4内的废气，并引入新鲜空气。在发酵罐4顶部的加水口 I可以分阶段的向发酵罐4里加入灭菌水，以补充发酵所需要的水分。该发酵罐虽然是用来固体发酵的，但是仍然采用的便于流体流通的锥形发酵罐，原因是该实用新型采用的冷媒是流体一空气，采用锥形发酵罐可以提高温度控制的均匀度及精度。在实施中，根据培养基种类的不同，从键盘22输入正常温度范围及允许的极限温度。将固体培养基加入发酵罐4中灭菌后，发酵罐4内的空气即为灭菌空气，当需要加热时，循环泵带动这部分空气在温控系统及发酵罐4中循环，同时加热丝2工作，加热空气，从而升高培养基温度；当需要降温时，循环泵带动这部分空气在温控系统及发酵罐4中循环，同时冷水进口 10及冷水出口 11有冷水通过，把通过制冷器12的空气冷却，从而降低培养基的温度，当发酵罐4内温度超过预设的极限温度时，蜂鸣器24工作。当发酵进入对数期后，发酵罐内部的有益气体消耗速度剧增，而有害气体迅速积累，此时打开进气孔9和出气孔7的控制阀，并从进气孔9通入灭菌空气，从出气孔7放出废气，从而更新发酵 罐4内的气体，以提高发酵的效率及产品的质量。
权利要求1.一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，包括发酵罐(4)、载物盘(5)，其特征在于 发酵罐(4)顶部设有加水口(I)； 发酵罐(4 )内设有隔热板(3 )和载物盘(5 ); 温度传感器(13)固定在载物盘(5)上； 发酵罐(4 )通过保温管(8 )与制冷器(12 )相连； 发酵罐(4)内进气口处设有加热丝(2)； 动力风机(6)串联在发酵罐(4)与制冷器(12)之间； 出气孔(7)设在动力风机(6)与发酵罐(4)之间； 进气口(9)设在动力风机(6)与制冷器(12)之间； 单片机(17)通过A/D转换器(18)与温度传感器(13)相连； 单片机(17)通过D/A转换器(23)与温控模块(20)相连； 温控模块(20 )与加热丝(2 )连接； 温控模块(20)与制冷器(12)连接； 制冷器(12 )上设有冷水进口( 10 )和冷水出口( 11); 单片机(17)通过8155扩展电路(19)与液晶显示电路(21)和键盘(22)相连； 单片机(17)数据输出口与蜂鸣器(24)相连； 单片机(17)通过串口通信电路(25)与PC上位机(26)连接。
2.如权利要求I所述的一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，其特征在于所述的发酵罐(4)为锥形发酵罐。
3.如权利要求I所述的一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，其特征在于所述的载物盘(5)为插入式载物盘。
4.如权利要求I所述的一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，其特征在于所述的温度传感器(13)有三个感应点。
5.如权利要求I所述的一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置，其特征在于所述的制冷器(12)所用的冷媒是增湿空气。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机的固体发酵过程中温度监测与自动调控装置发酵罐顶部设有加水口；发酵罐内设有隔热板和载物盘；温度传感器固定在载物盘上；发酵罐通过保温管与制冷器相连；发酵罐内进气口处设有加热丝；动力风机串联在发酵罐与制冷器之间；出气孔设在动力风机与发酵罐之间；进气口设在动力风机与制冷器之间；单片机通过A/D转换器与温度传感器相连；单片机通过D/A转换器与温控模块相连；温控模块与加热丝连接；温控模块与制冷器连接；制冷器上设有冷水进口和冷水出口；单片机通过8155扩展电路与液晶显示电路和键盘相连；单片机数据输出口与蜂鸣器相连；单片机通过串口通信电路与PC上位机连接。稳定性好、控制精度高。
文档编号C12M1/38GK202465703SQ201220072730
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者吴兰兰, 周颖, 杨俊 , 谢田 申请人:华中农业大学