基于物联网的好氧发酵云平台系统

1.本发明涉及好氧发酵技术领域，尤其涉及一种基于物联网的好氧发酵云平台系统。


背景技术：

2.目前，我国好氧发酵材料以畜禽粪便以及农作物秸秆为主，而我国的畜禽养殖废弃物年产出量可达40亿吨，秸秆年可收集量大约为9亿吨，但利用率较低。目前流行的处理畜禽养殖废弃物的主要方式之一是好氧发酵。目前我国好氧发酵生产技术模式大部分较为传统，难以满足农业高速发展的要求，基于此，提供一种新型的好氧发酵系统势在必行。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，用以解决现有技术中好氧发酵生产技术落后的缺陷。
4.本发明提供一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，包括：发酵装置，所述发酵装置内设置有发酵堆体，所述发酵装置能够检测所述发酵堆体所处环境的环境参数；云平台服务器，所述云平台服务器与所述发酵装置通讯连接，所述云平台服务器用于存储和分析所述环境参数，并建立好氧发酵模型；移动终端，所述移动终端与所述云平台服务器通讯连接。
5.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述发酵装置包括：覆盖膜子系统，所述覆盖膜子系统内设置有发酵堆体；通风子系统，所述通风子系统的部分设置在所述覆盖膜子系统中，所述通风子系统用于为所述发酵堆体进行散热；传感子系统，所述传感子系统的部分设置在所述覆盖膜子系统，所述传感子系统用于检测所述发酵堆体所处环境的环境参数；控制子系统，所述控制子系统与所述通风子系统以及所述传感子系统电性连接，所述控制子系统与所述云平台服务器通讯连接。
6.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述控制子系统包括：控制柜，所述控制柜设置有显示器；工业控制器，所述工业控制器设置在所述控制柜内，并与所述显示器电性连接；智能网关，所述智能网关设置在所述控制柜内，并与所述工业控制器通讯连接，所述智能网关与所述云平台服务器通讯连接；交换机，所述交换机与所述工业控制器电性连接，并与所述智能网关通讯连接；其中，所述工业控制器与所述通风子系统以及所述传感子系统电性连接。
7.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述覆盖膜子系统包括：底板，所述底板上堆放有所述发酵堆体；覆盖膜，所述覆盖膜覆盖在所述发酵堆体的外部，所述覆盖膜的两端与所述底板连接；其中，所述通风子系统的部分设置在所述底板内，所述传感子系统的部分设置在所述覆盖膜。
8.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述覆盖膜包括：两层聚酯纤维膜；膨体聚四氟乙烯膜，所述膨体聚四氟乙烯膜设置在两层所述聚酯纤维膜之
间。
9.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述通风子系统包括：多个通风管，所述底板与所述发酵堆体接触的表面沿其长度方向设有多个通风槽，所述通风管设置在所述通风槽内，每个所述通风管的侧壁设置有多个通风孔，所述通风孔朝向所述发酵堆体设置；曝气栅板，所述曝气栅板铺设在所述底板设有所述通风槽的表面上；曝气风机，所述曝气风机与所述通风管连接，所述曝气风机设置在所述控制柜内。
10.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述传感子系统包括：温度传感器、氧气浓度传感器和压力传感器，所述温度传感器、所述氧气浓度传感器和所述压力传感器设置在所述覆盖膜，所述温度传感器、所述氧气浓度传感器和所述压力传感器与所述工业控制器电性连接。
11.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述传感子系统还包括：摄像头，所述摄像头与所述工业控制器电性连接。
12.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述云平台服务器包括：数据库，所述数据库储存有经过所述云平台的所有数据；服务器端，所述服务器端用于创建项目和处理数据；数据分析子系统，所述数据分析子系统用于数据分析并建立好氧发酵模型。
13.根据本发明提供的一种基于物联网的好氧发酵云平台系统，所述数据分析子系统用于储存客户信息和发酵信息、数据查询、好氧发酵智能分析以及科学决策。
14.本发明提供的基于物联网的好氧发酵云平台系统，通过设置发酵装置，可对好氧发酵环境参数进行采集，并传输至云平台服务器，技术人员可通过移动终端实时查询好氧发酵生产环境的环境参数，并进行调控。云平台服务器可根据存储的环境参数进行分析，并建立好氧发酵模型，好氧发酵模型可向用户端提供生产建议指导，使发酵过程中的各参数量化，不再依靠经验进行决策，提高了发酵效率，以及好氧发酵系统的智能化水平。同时，本发明提供的基于物联网的好氧发酵云平台系统，技术人员可在远程对多个发酵装置进行调控，而不用亲临生产现场，降低了技术人员的劳动强度，同时，也提高了好氧发酵系统的生产效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
16.图1是本发明提供的基于物联网的好氧发酵平台中的发酵装置的结构示意图；
17.图2是图1中示出的控制子系统的爆炸图；
18.图3是图1中示出的覆盖膜子系统、通风子系统以及传感子系统的结构示意图；
19.附图标记：
20.10：控制子系统；
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11：控制柜；
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12：显示器；
21.13：工业控制器；
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14：交换机；
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15：智能网关；
22.16：电源开关；
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17：电源变压器；
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20：覆盖膜子系统；
23.21：底板；
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22：覆盖膜；
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30：通风子系统；
24.31：通风管；
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32：曝气栅板；
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33：曝气风机；
25.40：传感子系统；
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41：温度传感器；
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42：氧气浓度传感器；
26.43：压力传感器；
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100：发酵装置；
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101：发酵堆体。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
28.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.下面结合图1
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图3描述本发明的基于物联网的好氧发酵云平台系统。
30.在本发明的一个实施例中，基于物联网的好氧发酵云平台系统包括：发酵装置100、云平台服务器和移动终端。发酵装置100内设置有发酵堆体101，发酵装置100能够检测发酵堆体101所处环境的环境参数，并将该环境参数发送至云平台服务器。云平台服务器用于存储和分析该环境参数，并建立好氧发酵模型。技术人员可通过移动终端登录云平台，查看发酵装置100的环境参数。
31.具体来说，环境参数包括：发酵堆体101所处环境的温度、氧气浓度、压力以及好氧发酵生产过程的实时生产图像。发酵装置100内设置有多个传感器，可检测发酵堆体101所处环境的温度、氧气浓度、压力等发酵过程中的物理参数，同时，发酵装置100内也可设置摄像头，以拍摄实时生产图像。同时，发酵装置100内还设置有plc工业控制器以及智能网关，多个传感器检测的温度、氧气浓度、压力等物理参数以及实时的生产图像传输至plc工业控制器，plc工业控制器通过显示器实时显示生产现场的各项参数和图像，技术人员可与plc工业控制器进行人机交互，在plc工业控制器操作界面调控各项参数数据，plc工业控制器根据技术人员的调控指令控制发酵装置100内的通风子系统调节功率，以调节通风子系统的送风量。进一步地，plc工业控制器也可以通过智能网关将发酵堆体101的物理参数以及生产现场的实时生产图像发送至云平台服务器，云平台服务器将发酵堆体101的温度、氧气浓度以及压力、生产图像进行储存，以便技术人员在远程登录云平台进行查看。
32.进一步地，云平台服务器配置了数据库、服务器端、数据分析系统。其中数据库储存所有经过云平台服务器的数据，包括访问记录、操作记录、客户信息、历史好氧发酵项目、各项目生产参数以及生产图像数据、设备使用以及生产状态数据、数据分析系统运行结果数据等。其中，服务器端可创建项目并调用数据库中的相应数据，识别移动终端和智能网关发送的数据、操作指令并进行相应运算，同时通过互联网连接云平台服务器与生产现场的智能网关以及生产现场外的移动终端，实现信息的相互传输。其中，数据分析系统对每次具体的好氧发酵生产过程进行数据分析，对所有生产数据以及用户调控指令数据进行分析并以此建立好氧发酵模型，基于好氧发酵模型向用户端提供生产建议指导，可提高畜禽养殖废弃物以及秸秆的发酵利用率。
33.进一步地，在本发明的一个实施例中，移动终端包括手机app、微信小程序、平板电脑、web端等移动终端。技术人员通过注册所得的账号密码登录移动终端后给出的控制指令通过移动终端发送至云平台服务器，云平台服务器通过智能网关将控制指令发送给plc工业控制器，plc工业控制器对相应的发酵装置100进行调控，从而实现对发酵装置100的远程实时控制，进而实现对好氧发酵过程的远程实时调控，保证了好氧发酵过程时刻高质高效进行。
34.本发明实施例提供的基于物联网的好氧发酵云平台系统，通过设置发酵装置，可对好氧发酵环境参数进行采集，并传输至云平台服务器，技术人员可通过移动终端实时查询好氧发酵生产环境的环境参数，并进行调控。云平台服务器可根据存储的环境参数进行分析，并建立好氧发酵模型，好氧发酵模型可向用户端提供生产建议指导，使发酵过程中的各参数量化，不再依靠经验进行决策，提高了发酵效率，以及好氧发酵系统的智能化水平。同时，本发明实施例提供的基于物联网的好氧发酵云平台系统，技术人员可在远程对多个发酵装置进行调控，而不用亲临生产现场，降低了技术人员的劳动强度，同时，也提高了好氧发酵系统的生产效率。
35.进一步地，在本发明的一个实施例中，云平台服务器的数据分析系统的功能包括：项目信息库、数据查询、好氧发酵智能分析以及科学决策。
36.项目信息库为发酵信息的基础指标，包括客户信息、发酵信息。其中，客户信息包括发酵地点选择、公司名称、发酵项目名称等选项以及备注，其中地点选择精确至厂房地点，并通过地图坐标进行显示。发酵信息包括发酵原材料情况、发酵形式、发酵规模、是否添加菌剂及添加菌剂的时间以及类型、翻抛情况以及翻抛机械信息。其中，发酵形式可选择条垛、槽式或其他露天发酵形式、功能膜覆盖好氧发酵、设备内发酵等选项。功能膜覆盖好氧发酵中设置功能膜生产厂家、生产型号以及使用寿命等参数，云平台服务器通过输入的型号自动从数据库中导入该型号功能膜性能参数，包括环境耐受性能、保温性能、保水性能、减排性能等，同时根据使用时间以及该型号的额定使用寿命通过数据库更正不同使用时间的覆盖膜性能参数。其中，发酵原材料情况包括发酵原材料选择、组合配比、孔隙度、容重、含水率、c\n、ph值、粒径等参数，发酵原材料选择中包括所有种类的畜禽粪便以及所有可用作碳源的作物茎秆或其他农业废弃物。此外，云平台服务器自动导入其他环境参数，具体为云平台服务器将结合生产地点以及生产时间自动从互联网中导入生产地点实时温度、天气气候、气候差异等环境信息，并将此纳入建立好氧发酵模型的参考数据中。
37.数据查询包括：历史内容查询、界面参数显示设置、图表展示、日期设定。其中，历史内容查询包括：环境参数记录、发酵装置100使用状态记录、手动操作记录、自动操作记录、技术人员反馈建议记录等，查询结果均可以图表形式或者点线图形式在移动终端展现，此外图标展示中添加智能系统给出的建议纠正率图表，具体为在手动模式下智能系统为用户提供的操作建议被采纳的概率，以此生成智能分析的可靠性，并通过可靠性的变化判断智能系统学习进展的成熟情况。
38.好氧发酵智能分析为：云平台服务器会收集每次的好氧发酵各个过程中的环境参数以及同一时刻技术人员的操作，并汇总至数据库，通过大量数据参照分析，通过算法模拟出好氧发酵模型，并在之后的每一次好氧发酵中，根据此模型，在自动模式下自动根据好氧发酵系统给出的操作建议自动调控环境设备；在手动模式下通过移动终端为客户给出相应
的建议，并根据技术人员的控制反馈和分析不断改进好氧发酵模型。
39.科学决策系统包括自动控制、手动控制，其中自动控制时，系统自动实时监测好氧发酵环境参数，并实现曝气频率智能调节，对过程进行自动控制，其中，手动控制时，好氧发酵系统根据好氧发酵模型为用户提供科学建议。
40.进一步地，在本发明的一个实施例中，用户通过使用注册或后台系统给出的账号密码登录好氧发酵云平台。首页版块包括公司简介、登录界面、业务介绍、成果展示、联系方式等。
41.其中，用户界面为项目、设备、个人、发现。其中项目版块中，显示正在进行以及暂停的各项目详细信息以及显示所处地图、动画显示正在进行的各项目，其中有无色彩表示是否正在使用，颜色深浅表示发酵温度，还可新建或结束项目及查询正在开展的各项目各项参数数据以及历史操作，同时可进行远程操作。设备版块中可新建或删除设备及查询各设备详细信息、使用情况、使用状态以及所处项目，可对现有设备进行维修管理。个人页面版块中可管理个人信息、设置页面、软件版本等。发现版块中可查询作业工艺、好氧发酵流程图、向专业人士请求在线技术指导、与好友进行业务交流。
42.如图1所示，在本发明的一个实施例中，发酵装置100包括：控制子系统10、覆盖膜子系统20、通风子系统30和传感子系统40。覆盖膜子系统20内设置有发酵堆体101，通风子系统30的部分设置在覆盖膜子系统20中，通风子系统30用于为发酵堆体101进行散热。传感子系统40的部分设置在覆盖膜子系统20，传感子系统40用于检测发酵堆体101的环境参数，控制子系统10与通风子系统30以及传感子系统40电性连接，控制子系统10与云平台服务器通讯连接，以将传感子系统40检测到的环境参数发送至云平台服务器，同时，云平台服务器也可将技术人员登录云平台后的调控指令传输至控制子系统10，控制子系统10根据该控制指令，对通风子系统30进行调节。
43.具体地，如图2所示，在本发明的一个实施例中，控制子系统10包括：控制柜11、显示器12、工业控制器13和智能网关15。显示器12设置在控制柜11上，工业控制器13和智能网关15设置在控制柜11内，工业控制器13与显示器12电性连接，同时，工业控制器13与智能网关15通讯连接，智能网关15与云平台服务器通讯连接。
44.具体来说，传感子系统40采集发酵堆体101所处环境的环境参数，并将该环境参数发送至工业控制器13，技术人员可通过显示器12与工业控制器13进行人机交互，实时查看发酵堆体101所处的环境参数，并在工业控制器13的操作界面进行环境参数的调控，工业控制器13根据技术人员的调控指令控制通风子系统30进行调节。进一步地，工业控制器13也可将环境参数发送至智能网关15，智能网关15将环境参数发送至云平台服务器，技术人员可在远程，通过移动终端，登录云平台实时查看好氧发酵过程，并在云平台发出调控指令，云平台服务器将调控指令发送至智能网关15，智能网关15将该调控指令发送至工业控制器13，工业控制器13根据该调控指令对通风子系统30进行调节。
45.如图2所示，在本发明的一个实施例中，控制子系统10还包括交换机14。交换机14设置在控制柜11内，并与智能网关15通讯连接。当生产现场有多个发酵装置100时，交换机14可与其他的工业控制器13电性连接，并将工业控制器13接收到的环境数据传输至智能网关15。
46.进一步地，如图2所示，控制子系统10还包括电源开关16和电源变压器17。电源开
关16设置在控制柜11，电源变压器17设置在控制柜11内，电源变压器17与电源开关16连接，电源开关16与显示器12、工业控制器13、交换机14以及智能网关15电性连接，以为控制子系统10提供电源。
47.如图3所示，在本发明的一个实施例中，覆盖膜子系统20包括：底板21和覆盖膜22。底板21上堆放有发酵堆体101，覆盖膜22覆盖在发酵堆体101的外部，覆盖膜22的两端与底板21连接。通风子系统30包括：多个通风管31、曝气栅板32和曝气风机33。底板21与发酵堆体101接触的表面沿其长度方向设有多个通风槽，通风管31设置在通风槽内，每个通风管31的侧壁设置有多个通风孔，该通风孔朝向发酵堆体101设置。曝气栅板32铺设在底板21设有通风槽的表面上，以防止发酵堆料101将通风管31的通风孔堵塞。曝气风机33与通风管31连接，曝气风机33工作时，可向发酵堆体101内通入空气，曝气风机33设置在控制柜11内。
48.具体来说，底板21的表面上沿其长度方向开设有多个凹槽，每个凹槽内设置有一个通风管31，通风管31的侧壁开设有多个通风孔，该通风孔朝向发酵堆体101。当需要调节覆盖膜22内的温度时，工业控制器13控制曝气风机33的功率，以调节曝气风机33的风速，从而调节覆盖膜22内的温度以及氧气浓度。
49.进一步地，在本发明的一个实施例中，覆盖膜22为半渗透功能膜，其，中层材料为膨体聚四氟乙烯，上下两层为聚酯纤维，可有效阻拦大分子如气溶胶和灰尘等向覆盖膜22外扩散，同时也对臭气以及温室气体具有良好的减排效果。
50.如图3所示，在本发明的一个实施例中，传感子系统40包括：温度传感器41、氧气浓度传感器42、压力传感器43和摄像头。温度传感器41、氧气浓度传感器42和压力传感器43设置在覆盖膜22，温度传感器41用于检测覆盖膜22内的温度，氧气浓度传感器42用于检测覆盖膜22内的氧气浓度，压力传感器43用于检测覆盖膜22内的压力，摄像头用于实时拍摄好氧发酵过程。
51.具体来说，温度传感器41、氧气浓度传感器42、压力传感器43和摄像头可将实时采集的环境参数传输至工业控制器13。当技术人员在生产现场时，其可通过控制柜11上的显示器12与工业控制器13进行人机交互，将需要调节的参数输入工业控制器13，工业控制器13根据该调控指令调节曝气风机33的功率。当技术人员在远程时，工业控制器13通过智能网关15将环境参数传输至云平台服务器，技术人员登录云平台，即可查看实时的生产情况，并在云平台输入调控参数，云平台服务器将该调控指令传输至工业控制器13，工业控制器13根据该调控指令调节曝气风机33的功率。
52.进一步地，在本发明的一个实施例中，云平台服务器的数据分析系统的功能还包括：自动报警功能、曝气频率智能调节以及模式调控功能。
53.具体来说，自动报警功能为包括：温度报警、氧气浓度报警。在好氧发酵初期，客户端被要求给定一套温度、氧气浓度等环境参数的设定区间，当环境参数处于正常发酵设定区间时，发酵堆体101正常发酵，好氧发酵系统不会报警；当环境参数处于设定区间之外，发酵堆体101不正常发酵，好氧发酵系统自动报警，从而提醒技术人员工作异常，及时进行相应操作。
54.进一步地，温度报警功能为，当温度传感器41检测到发酵堆体101所处的环境温度高于设定值上限时，好氧发酵系统触发温度过高报警，移动终端进行温度过高报警，好氧发酵系统会自动给出增大曝气的建议；当低于设定值下限时，好氧发酵系统触发温度过低警
告，移动终端进行温度过低报警，好氧发酵系统自动给出减少曝气的建议。
55.进一步地，氧气浓度报警功能为，当氧气浓度传感器42检测到的氧浓度高于设定值上限时，系统不报警，并自动检测曝气是否过多，并根据设定的曝气频率通过移动终端为客户给出降低曝气频率从而节约成本的建议，可有效的为厂家节约电费，降低能耗。当低于氧气浓度设定值下限时，好氧发酵系统触发氧气浓度过低警报，移动终端进行氧气浓度过低报警，好氧发酵系统自动给出增加曝气的建议。并根据得到的环境参数与设定值的差距自动给出严重等级，并根据严重等级给出具体曝气频率建议。
56.进一步地，曝气频率智能调节为压力传感器43实时监测覆盖膜22下压力大小，通过智能网关15传输至云平台服务器，当压力参数小于数据分析系统根据发酵状态设定的预期数值时，好氧发酵系统会自动增大曝气风机33的功率以及增加通风时长或者频率，智能分析后实时对曝气风机33进行功率以及频率的调节，使发酵堆体101保持微正压发酵状态。当发酵堆体101处于微正压状态时，可使得发酵堆体101处于微好氧状态，此状态有利于发酵堆体101好氧发酵。
57.进一步地，模式调控包括，控制模式和生产模式的调控。
58.具体地，控制模式包括：智能调控模式和人工调控模式。智能调控模式为，根据可靠性足够高的智能分析结果将控制指令传输到智能网关15，从而对发酵装置100进行自动控制。人工调控模式为技术人员根据环境参数将控制指令发送至智能网关15，从而对发酵参数进行人工调控。设置不同的控制模式以适应用户不同的生产条件。
59.生产模式包括：技术模式、综合效益模式以及节能(经济)模式。技术模式为，所有智能调控模式中自动操作以及人工调控模式中系统建议的考虑权重中，以追求发酵质量需求优先，经济节能需求其次。综合效益模式为，所有智能调控模式中自动操作以及人工调控模式中系统建议的考虑权重中，追求发酵质量需求与经济节能需求相同。节能模式为，所有智能调控模式中自动操作以及人工调控模式中系统建议的考虑权重中，以追求经济节能需求优先，追求发酵质量需求其次。设置不同的生产模式以适应用户不同的好氧发酵需求。
60.本发明实施例提供的基于物联网的好氧发酵云平台系统，技术人员可通过客户端查询好氧发酵环境，并设置好氧发酵自动生产模式，实时对发酵装置进行调节，从而实现对好氧发酵生产环境现场的控制。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。