一种基于osal的固态发酵控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种基于OSAL任务调度机制的固态发酵控制系统的实现方法，适用于生产多种固态发酵产品。
【背景技术】
[0002]固态发酵是在没有或几乎没有游离水的不溶性固体基质中来培养微生物的生物反应过程。与液态发酵相比，固态发酵是更简单、清洁的生产工艺。生产过程中，准确的把握温度、湿度和通风的控制，便能获得优良的生产品质。固态发酵有投资少、能耗低、生产效率高、环境污染少等显著优点，发酵过程中微生物生长适宜，生物酶的种类丰富、活性高。常用于发酵食品、生物燃料、生物农药、抗生素、酶制剂、食品添加剂等生物产品的生产，与国民经济息息相关。
[0003]随着固态发酵技术的发展，和市场对高品质发酵产品需求的增加，固态发酵的自动化生产设备不断涌现，对设备的性能要求也越来越高。但现有的很多生产设备无法满足固态发酵的生产要求，或仅在生产某一种发酵产品时，表现出相对良好的性能，但不具有智能性。搭建一种专门针对固态发酵的通用的、简洁的、低成本高性能的智能控制系统，便显得尤为重要了。
[0004]OSAL是一种开源的多任务调度机制，具有占用资源空间小，通用性强，易移植，执行效率高的特点。由于在固态发酵的过程中，将会有很多繁琐的控制和操作任务需要分配和执行，因此将固态发酵控制系统与OSAL任务调度机制相结合，可以有效提高该固态发酵控制系统的任务执行效率，从而达到更加精准、稳定的调控效果。同时两者的结合也使得该固态发酵控制系统能快速移植到不同微处理器平台的设备上，增强了该控制系统的通用性和兼容性。
[0005]目前，针对固态发酵的控制系统并不多。现有的专利，多为针对温度控制的系统或结构，并不完全满足固态发酵的生产过程。其中，针对温度控制的系统或设备，多数从温度曲线的角度出发，强调精确地温度控制，保证箱体内平均温度符合要求的温度曲线。而微生物是非常脆弱的，任何强烈的调节均可对微生物有不利的影响。同时，设备所采集的温度，多为箱体内部分采集点所采集的温度，并无法真实反应大部分微生物的情况。调节箱内温度的过程，均是通过使局部温度先调高或调低，再通过循环风使整个箱体温度平衡。在频繁的温度调节过程中，局部的微生物可能受到破坏。
[0006]在微生物的生长过程中，温度并不需要强制的按照某一种标准的温度曲线进行，而是在保证最基本的舒适的生长环境下，让微生物自由的去生长。而设备需要的是配合微生物的特性，适当的加以引导。设备要尽可能的减少对环境的控制，需要在环境控制和微生物特性之间达到一个平衡点。而现有多数专利无法满足这一点。如发明专利1(发明人:鲍飞豹，“一种基于PID控制的恒温箱”:专利申请号:201310559669.X)中所述的PID恒温箱，可将箱内温度保证在一恒定值，温度高于规定值则制冷，低于规定值则加热。但微生物有自己的生长过程，在前期生长过程中，任何的制冷都会对微生物造成不利的影响，而生长过程的后期，任何的加热操作同样会对微生物造成不利的影响。多数基于PID的温度控制系统和设备，并不适于固态发酵生产。在发明专利2(发明人:陈国光、杨帅杰、高继生，“温度控制方法及其装置”:专利申请号:200410062630.8)中提到了一种适用于机房内温度控制的方法及其装置，但仅有降温过程。而发明专利3(发明人:杨素英、高苗苗、仲崇权，“一种SOPC采用模糊PID控制的程序升温控制器”:专利申请号:201010236667.3)中所述的升温控制器，只能满足升温过程，同时其使用的EP2C35F672芯片价格较高。
[0007]固态发酵设备既要能实现升温过程的温度控制，又要能实现降温过程的温度控制，同时还需考虑换风、加湿、干燥等其他控制。而且，所有的控制不能过于强烈，通过一种智能化的分梯度改变环境的控制，以充分满足微生物发酵需要，而该固态发酵控制系统可以有效地实现上述功能。
【发明内容】
[0008]在微生物生长过程中，对环境的需求有一种通性;而大多数温控设备在运行过程中，也存在一种运行模式的通性。本发明结合了这两个领域中的两种通性，实现了一种固态发酵的智能控制系统。
[0009]本发明的目的在于提供一种基于OSAL任务调度机制的固态发酵控制系统，通过简洁、稳定、低成本的方式，实现固态发酵的自动化控制。并使该控制系统可以简便地在各种微处理器平台移植、实现，通过简单的设备组合来实现复杂的生产工艺。
[0010]同时，本发明通过特殊的系统架构和控制规则，在不对微生物自然生长特性进行过度刺激的前提下，尽可能的为微生物提供合适的生长环境，充分的将微生物自身的发酵能力发挥出来。
[0011]为实现上述目的，本发明中的固态发酵控制系统通过两大阶段来实现，一是升温控制阶段，二是降温控制阶段。同时，结合不同阶段的特点，调整风扇、加湿器等其他设备配合工作。
[0012]本发明的固态发酵控制系统的技术方案包括如下三个设计:
[0013]设计1:在升温控制阶段，控制系统逐步提升环境温度。升温阶段可按照用户分为多个升温梯度，每个升温梯度均有一个目标温度值K和一个偏差值k，以及该梯度的运行时间T，当环境温度低于K-k时，则开始加热；当环境温度高于K+k是，则停止加热，不进行制冷操作。在升温控制阶段，有内循环风和外循环风两种风扇控制模式。
[0014]设计2:在降温控制阶段，控制系统逐步降低环境温度。降温阶段可按照用户分为多个降温梯度，每个降温梯度均有一个目标温度值K和一个偏差值k，以及该梯度的运行时间T。当环境温度高于K+k时，则开始制冷；当环境温度低于K-k是，则停止制冷，不进行加热操作。在整个降温控制阶段，内循环风扇和外循环风扇按照两种模式，一直保持运行状态。
[0015]设计3:控制系统结合OSAL任务调度机制，根据任务的执行内容、优先级等属性，将所有任务划分为多个任务层，然后再在每个任务层中放入相应的任务。例如，对于简单的固态发酵需求，可将任务分为硬件层和应用层这两个层面。在硬件层中可放入按键扫描任务、按键消抖任务、数码管显示任务、加热和制冷设备控制任务等，而在应用层中放入温度采集任务、温控算法任务等。将任务划分好后，系统首先按照任务层的优先级来轮询每个任务层是否有任务被触发，当轮询到某任务层有任务被触发后，再按照层内任务的优先级，执行被触发的任务中优先级最高的任务，执行完该任务后保存好相关参数，接着开始新一轮的任务轮询，如此反复。
[0016]上述设计I中，升温控制阶段的特点是:在升温控制阶段，不采取任何降温措施。升温梯度的K、k和T可由用户根据发酵需求自行设定。在升温控制阶段，有内循环风和外循环风两种风扇控制模式。内循环风扇在整个升温控制阶段一直运行，而外循环风扇在若干个升温梯度完成后，才开始运行。外循环风扇开始运行后，并不是一直保持运行状态，而是运行一段时间停止一段时间，按周期运行。内循环风扇和外循环风扇的数量可由用户自行设定，外循环风扇的运行周期也由用户自行设定。
[0017]上述设计2中，降温控制阶段的特点是:在降温控制阶段，不采取任何升温措施。降温梯度的K、k和T可由用户根据发酵需求自行设定，风扇的各种参数也可由用户自行设定。在整个降温阶段，制冷机不可一直保持运行状态，而是运行一段时间停止一段时间，按周期运行。运行周期可由用户自行设定。制冷机的运行周期控制的优先级低于温度控制的优先级，制冷机的周期状态不随温度控制而刷新。可以有效防止当k值较小的时候，温度在K值附近震颤，而导致制冷机工作异常。
[0018]上述设计3中，基于OSAL任务调度机制的控制系统特点是:所有任务的调度执行均通过OSAL机制来完成，使得该控制系统能够高效处理多项复杂繁琐的任务。同时加入任务监控机制，防止某一任务出现异常，陷入死循环。发酵各参数设定后，设备即可实现自动化控制与运行。
[0019]本发明优点在于:
[0020]本发明在升温控制阶段不使用任何制冷措施。在微生物快速生长的阶段，任何制冷的操作均会对微生物造成一定的不良刺激。而在此阶段，环境温度高于指定温度值，则会对菌类生长产生积极的影响。同时，在微生物生长的前期阶段，给以菌类一个稳定的空气环境尤为重要，此时无需开启外循环风扇。而在微生物快速生长的阶段，又需要对内部环境进行一定程度的更新。此时设备通过对外循环风扇进行控制，使内环境和外环境之间达到一个适合微生物发酵的