专利名称：基于485总线的藻类养殖系统控制模型及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于大型藻类养殖系统的控制管理模型，可以安装在数百台光生
物反应器中，使其协调工作，实现藻类的工厂化培养。
背景技术：
大型藻类养殖系统控制模型必须同时完成上百台光生物反应器的控制任务，保证每台光生物反应器中的藻体都处于最佳的生长环境，使得所有的光生物反应器都能够同时进行高密度藻类培养，确保微藻总产量最大化，并且保证整个生产过程的智能化和操作简单化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大型藻类养殖系统的控制管理模型，解决了藻类培养的工厂化养殖难题。 为了实现以上目的，本项发明提供的用于藻类培养环境的自动检测控制装置，包括光生物反应器检测控制装置1和位于计算机的任务管理控制模型2。 所述的光生物反应器检测控制装置，包括温度传感器、加热设备、制冷设备、ra传
感器及变送装置、加液装置、光照传感检测电路、三组内置灯光、MSP430微控制器、与传感器以及设备之间的电信号连接。 所述的主控制平台，包括基于MSP430F149的主控制器、屏幕装置、按键装置、通讯
模块、语音报警装置。 所述的通信网络是RS485网络。 本发明的有益效果为本发明应用在工厂化藻类培养的现场，解决了藻类生产过程中的实时检测控制和优化难题。专门为工厂化藻类培养设计了可精确控制的人工藻体培养环境，使藻体完成高密度生长。专门设计了一个通信网络系统RS485总线网络，所有控制指令和数据通过RS485安全可靠地传送到现场MCU，提供了语音控制功能，为操作人员提供了一个最人性化的控制平台。每一个光生物反应器都设计了一个独立的监测监控装置，通过独立的微处理器处理现场测量值，并且可以进行藻体环境的温度、PH、光照的控制，完成藻体生长环境的精确控制。
图l为本发明的系统框图。 图2为本发明的硬件设计示意图。 图3为本发明的RS485协议数据格式。 图4为功能命令集。 图5为系统RS-485通讯协议结构。 图中标号1为100L桶式反应容器，2为200L桶式反应容器，3为500L跑道式反应容器，4为RS485总线结构，5为后台监控中心。
具体实施例方式
以下结合附图及实例对本发明作进一步描述。 基于485网络的藻类养殖系统控制模型及装置(如图2)，包括设置在各个光生物反应器的检测控制装置和后台监控中心。其现场监控点，包括传感器、环境控制装置、微控制器、与传感器以及设备之间的电信号连接；后台监控中心包括基于控制任务调度中心、通讯模块、语音报警装置；通过RS485总线组成其通信网络，其硬件设计如图2所示。
首先，现场操作人员可以将所要培养的藻类名称输入到后台监控中心，将根据预先转入的专家知识库给出藻体不同生长阶段的最佳环境参数，一旦设置完毕，平台会通过485网络发出工作指令，其记录了设备号、藻体名，生长环境的专家建议温度(温度的上限和温度下限)、PH(上限和下限)、光照值(下限)。每一台光生物反应器都安装了检测控制装置，所有的光生物反应器都会收到该信息，只有对应的光生物反应器(即指定设备号的光生物反应器)会将该条信息写入自己的装置。 使用TI公司的MSP430F149作为每台光生物反应器的微处理器，微处理器通过1/0通道连接环境传感器测量现场温度、PH、先照值，通过继电开关控制制冷加热设备进行温度调节、内置灯光进行光照调节、加液装置进行K1调节。 一方面，现场可以实时检测其环境参数，并现场处理用保存，同时还可以通过RS485总线传输至主控平台进行长期保存(保存历史数据)，提供系统对整个生长过程的进行实时监控。另一方面，如果某个参数超过了区域值，装置会立刻报警，并形成控制命令现场处理。 虽然RS-485网络的硬件电路已比较成熟，但其协议并没有一个统一的标准，设计中的问题主要集中在网络协议上。我们依据集散控制系统的具体特点和设计要求，详细定义了一套适合于本系统的通信协议，实现了上位机与现场设备之间准确可靠的通讯。如图4和图5和图6。 特别强调，我们通过引入专家系统，以人类所特有的知识库来解决藻类生长环境
控制问题。我们把藻类的生长环境划分为非常适宜、适宜、较适宜和不适宜四个生长区域，
为每一个生长模式定义一系列具体的控制操作构造出运行模式，求出每种生长环境模式的
特征向量，再根据获取的特征值(测量值)，利用模糊积分融合这些多源信息，判别系统应
采取的安全运行模式。 装置采用的主要技术 1、集散控制技术 控制模型采用了集散控制技术，它是一种集计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术为一体的综合性高技术，它有"管理集中、控制分散"的特点，关键问题是系统的整体协调性的解决。由于系统中有近百台光生物反应器同时在工作，各个设备如何协调工作，特别是涉及到全局性的控制问题，是集散系统首要解决的关键问题。我们采用了三层次的结构现场检测控制层、网络通讯层、管理控制层。这些层次各自完成不同的功能，如现场控制层主要完成现场级的实时检测控制任务，独立实现各个现场设备的具体控制功能；网络通讯层则是将现场各节点连接起来，完成网络连接、数据传输的功能；而管理控制层完成更广泛、更高层的管理任务功能，根据不同的藻类的产量和培养环境要求，设计出不同的控
4制方式。这样可以较好地满足设备控制系统的可靠性、可用性及整体协调性等要求。
2、基于RS-485总线的网络层设计 虽然RS-485网络的硬件电路已比较成熟，但其协议并没有一个统一的标准，设计 中的问题主要集中在网络协议上。我们依据集散控制系统的具体特点和设计要求，详细定 义了一套适合于本系统的通信协议，实现了上位机与现场设备之间准确可靠的通讯。
3、现场数据处理技术 现场处理模块主要以MSP430F149单片机为核心处理器，既是数据处理单元，又是 控制处理单元，内部自带的FLASH单元主要用于存放系统代码和控制算法，在硬件设计上 我们采用SPI电路外扩两片ATMEL的Data Flash芯片(AT45DB021)用于大数据量的存储。 采用模糊积分的信息融合算法、配上专家知识推理，能够实时调整可控参数的值，显著地提 高了系统的智能度。
权利要求
基于485总线的藻类养殖系统控制模型及装置，包括设置在主控机和各个光生物反应器上的嵌入式检测控制装置。
2. 按权利要求1所述的现场自动化检测控制装置，其特征在于包括藻体环境传感器； 藻体环境控制装置；微控制器，与传感器以及设备之间的电信号连接；
3. 按权利要求1或2所述的嵌入式控制平台，其特征在于所述的嵌入式控制平台包 括基于MSP430F149的控制板、屏幕装置、通讯模块、语音报警装置；
4. 按权利要求1或2所述的基于485总线的藻类养殖系统控制模型及装置，其特征在 于所述的通信网络是RS485网络、自定义的网络通信协议。
全文摘要
大型藻类养殖系统控制模型必须同时完成上百台光生物反应器的环境参数、营养盐流速等的精确控制操作，保证每台光生物反应器中的藻体都处于最佳的生长环境，使得所有的光生物反应器都能够同时进行高密度藻类培养，确保微藻总产量最大化。本发明涉及一种用于工厂化藻类培养的实时控制管理模型及其装置，可以安装在数百台光生物反应器中，通过485总线将数百台光生物反应器组成网络形式，所有光生物反应器中的藻体环境信息都将传送到主控机中；主控机可以根据用户输入需要培养的藻类名称，以及专家知识库给出其最适宜的环境参数，并将环境参数通过485网络传输至各个光生物反应器，每个生物反应器会依据自身情况自动控制藻体培养环境和营养盐流速，达到最佳培养效果；另一方面，当某个参数超过限值时提供报警功能。本发明高效、可靠、操作方便，解决了工厂化藻类培养过程中的实时检测控制和优化难题。
文档编号G05D25/02GK101727102SQ200910054030
公开日2010年6月9日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者池涛, 陈明, 高强, 黄旭雄 申请人:上海海洋大学