一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统

本发明属于智慧水务，涉及一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统，具体涉及基于膝跳反射机制构建一个周围神经系统和中枢控制耦合的双通道，实现污水厂生物处理单元低功耗的智能曝气系统。

背景技术：

1、目前大多数污水处理厂曝气系统存在能耗大、对突发风险处理不能及时应对等不足。现阶段传统的曝气系统，控制端集中在中枢控制，这种单通道控制的缺点是控制时间较长且复杂，对曝气阶段数据监测的突发情况不能及时处理，会导致曝气阶段因数据采集和数据监测的时效性较弱，存在有数据缺失、数据采集间隔捕捉不到突发情况、效率低等缺点。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明将膝跳反射和中枢控制耦合构建双通道。周围神经系统的各功能运转体现的就是膝跳反射通道，中控耦合通道是中控室对曝气阶段的控制，双耦合控制就是以中控室为主，周围神经系统为辅共同实现对曝气阶段风险的检测和处理控制。

2、膝跳反射是我们最为熟知，也是最简单的反射活动。接受刺激，做出反应。本发明中周围神经系统设计具有膝跳反射机制响应的快速性和及时性，使得该系统在曝气阶段中监测指标能够快速接收数据并响应到中枢控制配合中控室实现精准控制，提高效率减少整个控制的能源消耗，从而实现低功耗。在曝气阶段，膝跳反射被仿生为周围神经系统对于风险值的自动快速处理。当周围神经系统接收到的监测指标超出安全范围，会自动地触发周围神经系统内部几大功能模块对数据的处理，并给予中枢控制反馈耦合控制整个曝气阶段的运转，整个过程监测到风险数据就相当于给予一次输入刺激，周围神经系统的运行利用相应算法模拟神经网络来体现膝跳反射机制快的特点，周围神经系统对风险数值的处理是模拟的膝跳反射的肌肉行为。

3、与人体的神经反射弧相对应，周围神经系统的“感受器”主要由联网的数据监测设备组成。周围神经系统的“效应器”主要由中枢控制的各硬件设备组成。控制它们的是和周围神经系统相连的中枢控制系统，膝跳反射机制将加强周围神经系统“感受器”和“效应器”的反应速度。通过引入该膝跳反射机制，构建一个和中枢控制耦合共同作用实现污水厂生物处理单元低功耗的智能曝气系统。

4、本发明设计一个周围神经系统来模拟膝跳反射机制，配合监测设备和中枢控制来实现整个曝气阶段低风险、低能耗的目标。在曝气阶段，溶解氧浓度、氨氮、污泥浓度、ph都是重要的监测指标，如果溶解氧过低，可能会导致废水处理过程中的厌氧条件，从而影响废水处理效果。氨氮浓度超过阈值可能表示废水处理效果不佳，可能对环境产生负面影响。污泥浓度超过安全范围可能会导致曝气系统的堵塞或运行不稳定。如果ph值过高或过低，可能会影响废水处理系统中微生物的活性和反应速率。

5、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

6、一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统，包括中控室和周围神经系统，周围神经系统分别与溶解氧测试仪、氨氮检测仪、污泥浓度计和ph分析仪这些设备电连接，该系统为一种基于客户端/服务器(c/s)模式实现的软件系统，这些设备和系统的连接时计算操作系统通过硬件接口接收传递给本软件系统，周围神经系统通过硬件接口和曝气阶段的监测设备连接，实现从计算机操作系统桌面就可以管理整个周围神经系统的运行。

7、进一步的，曝气系统还设有风险警报器，当有数据不在正常范围内时，会根据风险等级同时向中控室和周围神经系统发送警告。

8、正常范围包括：

9、2mg/l≤溶解氧浓度≤8mg/l；

10、5mg/l≤nh3-n浓度≤5mg/l

11、2g/l≤污泥浓度≤5g/l；

12、6≤ph值≤9。

13、进一步的，周围神经系统内部设计六个功能模块：数据接收模块、数据缓冲处理模块、数据风险监测模块、风险处理和拦截模块、数据分级模块、数据传出模块。

14、一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统的控制方法，包括以下步骤：

15、步骤s1周围神经系统登录：计算机打开周围神经系统的网站，进入网站首页会弹出登录窗口，管理员输入用户名/密码/验证码，系统根据数据库信息判断帐号信息是否输入正确，如果输入正确，打开首页显示登录管理员的信息并展示功能模块，如果输入错误重新输入帐号相关信息；

16、步骤s2数据接收模块：几个监测指标的监测值会经过usb接口二进制转换后以json格式显示在数据接收模块的前端页面，管理员可以实时查看；

17、步骤s3数据缓冲处理模块：数据缓冲处理模块从数据接收模块中接收到数据，并判断该监测指标是哪一项，并将数据暂时存入网站cookie内，将其存入各自对应的数据库表内；

18、步骤s4数据风险监测模块：从相应数据库表中调用数据，并遍历数据库表中的数据并检测是否在安全范围之内，如果在安全范围，则继续监测，如果在安全范围之外，则跳转到风险处理和拦截模块；

19、步骤s5风险处理和拦截模块：因某个指标不在安全范围内，调用风险处理和拦截模块，该模块接收到风险监测指标的风险数据值会对监测指标传递风险等级，如果风险数值在小偏离范围内(上下浮动0.5)，立即触发报警单元并使对应的曝气单元进行关停，等待下一次曝气循环，如果风险数值与安全范围偏离较大，则通过数据传出模块将风险警报信息传递给中控室，中控室的技术人员根据警报提示和风险信息对整个曝气过程进行调整，保证曝气阶段的正常运行；

20、步骤s6数据分级模块：监测过程中监测到的风险指标都会被记录下来并进行分级，偏离安全范围较小，不影响整个系统的运行的指标，风险数值被标记为低风险，偏离安全范围较大，需要中控室来控制的指标风险数值，则会被标记为高风险。

21、步骤s7数据传出模块：中控室和周围神经系统的交互界面会加载周围神经系统传出的数据，通过查询和筛选这些数据，判断数据格式是否正确，避免传输错误，如果数据格式正确则上传风险数据到中控室处理，否则继续查询并筛选这些数据，并将数据格式错误的信息反馈给周围神经系统。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、本发明结合软件系统设计模拟膝跳反射处理，提高中枢控制的精准度和效率，进而提高整个污水厂生物处理的安全性，降低污水处理能耗，协调整个污水处理工艺运转。

技术特征：

1.一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统，其特征在于，包括中控室和周围神经系统(6)，周围神经系统(6)分别与溶解氧测试仪(1)、氨氮检测仪(2)、污泥浓度计(3)和ph分析仪(5)这些设备电连接，该系统为一种基于客户端/服务器(c/s)模式实现的软件系统，这些设备和系统的连接时计算操作系统通过硬件接口接收传递给本软件系统，周围神经系统(6)通过硬件接口和曝气阶段的监测设备连接，实现从计算机操作系统桌面就可以管理整个周围神经系统(6)的运行。

2.根据权利要求1所述的基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统，其特征在于，曝气系统还设有风险警报器(4)，当有数据不在正常范围内时，会根据风险等级同时向中控室和周围神经系统(6)发送警告。

3.根据权利要求1所述的基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统，其特征在于，周围神经系统(6)内部设计六个功能模块：数据接收模块、数据缓冲处理模块、数据风险监测模块、风险处理和拦截模块、数据分级模块、数据传出模块。

4.根据权利要求1所述的基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于智慧水务技术领域，涉及一种基于膝跳反射和中枢控制双通道耦合低功耗智能曝气系统：包括中控室和周围神经系统，周围神经系统分别与溶解氧测试仪、氨氮检测仪、污泥浓度计和pH分析仪这些设备连接，该系统为一种基于客户端/服务器(C/S)模式实现的软件系统，这些设备和系统的连接时计算操作系统通过硬件接口接收传递给本软件系统，周围神经系统通过硬件接口和曝气阶段的监测设备连接，实现从计算机操作系统桌面就可以管理整个周围神经系统的运行。本发明结合软件系统设计模拟膝跳反射处理，提高中枢控制的精准度和效率，进而提高整个污水厂生物处理的安全性，降低污水处理能耗，协调整个污水处理工艺运转。

技术研发人员：董玉瑛,杨勇强,刘思彤,杨宝灵,高君,邹学军
受保护的技术使用者：大连民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10