一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，检测并调控微藻的光照强度，包含如下步骤：光照传感器采集光照强度信号，将光照强度信号输送至微处理器；微处理器对数据进行光强调控模糊算法、多传感器数据融合算法的计算，将结果输送至模糊逻辑光强分级调控系统中；控制系统对模糊逻辑内外置分级调控LED灯光组进行不同工作状态的调控。本发明的优点在于，使用户对饵料微藻反应器的操作更加方便；光源设备适合不同直径的反应器和藻类培养的光谱需求；光强调控可提供可靠和精确的测量参数。
【专利说明】一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法
[0001]【【技术领域】】
本发明涉及渔业养殖微环境监控领域，具体地说，是一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法。
[0002]【【背景技术】】
关于渔业微藻养殖微环境监控领域的现有技术中，存在如下缺陷:
1.一些饵料微藻光生物反应器只采用自然光作为系统的光源，当微藻生长到一定阶段，微藻细胞密度增加，微藻细胞自身的互相遮挡使得微藻光生物反应器中心区域的光照强度变得很弱，难以满足微藻快速生长的需要。
[0003]2.一些 饵料微藻光生物反应器采用的是以自然光作为外部光源，辅以单根灯管作为内置光源的设计方式。反应罐内部安装部署单根灯管作为内部光源，尽管系统通过安装内置光源达到了增加光照强度的效果，但是当反应罐外部自然光线较弱时，仍难以达到饵料微藻生长的最佳光照强度。
[0004]3.一些饵料微藻光生物反应器采用的是以自然光作为外部光源，反应罐内部安装部署多根灯管作为内部光源的设计方式，这种光源设计方式提高了光照效果，但又会使得反应罐内部的结构太过复杂，影响罐内部培养液的循环流动，并且在夜间因无外部光源，光照效果效果不佳。
[0005]4.大多数光生物反应器采用的是日光灯管，极易破碎，不仅安装检修非常困难，而且发热量大，不宜控制温度，能量转化效率低。
[0006]5.一些光生物反应器采用的是LED灯管，但灯管数量固定，光色固定，可提供的光照强度和光谱范围无法调节，只适宜培养固定种类的藻类，而大多数藻种培养以蓝光和白光相结合的效果较好。
[0007]现有的饵料微藻光生物反应器光源设计的可调节性不足，不能随着微藻细胞的不同培养阶段动态地提供最佳的光照强度，也不能随着微藻种类的变化提供最佳光谱的光照效果。因为对于不同种类的微藻在同等光强条件下，单色光源对微藻的生长效率的影响大小是不尽相同的；另外在微藻的生长过程中，反应罐内的透光度是非线性变化的，而现有的光源设计系统所提供的光照值固定光色固定，不能根据反应罐内微藻细胞浓度的变化动态调整光照强度和光谱范围，为反应桶内细胞提供足够的光照和适宜不同藻种光合反应的光谱，使得微藻培养的产率增加相对较低，光转化效率较低。
[0008]中国专利文献CN101724547A公开了一种一种用LED可调光进行微藻培养实验的方法和装置。但其不能根据反应罐内微藻细胞浓度的变化动态调整光照强度和光谱范围。目前，关于一种可自动调节光色、光强，并针对反映罐内的微藻细胞浓度的变化动态调整光照强度和光谱范围的设备或方法还未见相关报道。
[0009]【
【发明内容】
】
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法。[0010]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，检测并调控微藻的光照强度，包含如下步骤:
(1)将2个光照传感器组成传感器组，背靠背放置在微藻反应罐中，将一只LED灯管安装在反应罐 上盖的透明玻璃管中，将4只LED灯管安装在反应罐下面的反应罐支架上，光照传感器和LED灯管组均与外部光强控制器相连；
(2)光照传感器采集光照强度信号，将光照强度信号输送至微处理器；
(3)微处理器对数据进行光强调控模糊算法、多传感器数据融合算法的计算，将结果输送至模糊逻辑光强分级调控系统中；
(4)控制系统对模糊逻辑内外置分级调控LED灯光组进行不同工作状态的调控。
[0011]所述的光照传感器组安装在反应罐中透明管与反应罐外壁的中间位置，对内外两侧方向传感器采集的数据的权重设定为0.25和0.75。
[0012]所述的数据融合算法为，设.?表示第i个传感器短时间内第η次采样的结果，其中最大值为y* ,最小的值为,则连续η次采样时各传感器测量算术平均值为:
【权利要求】
1.一种基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，检测并调控微藻的光照强度，其特征在于，包含如下步骤: (1)将2个光照传感器组成传感器组，背靠背放置在微藻反应罐中，将一只LED灯管安装在反应罐上盖的透明玻璃管中，将4只LED灯管安装在反应罐下面的反应罐支架上，光照传感器和LED灯管组均与外部光强控制器相连； (2)光照传感器采集光照强度信号，将光照强度信号输送至微处理器； (3)微处理器对数据进行光强调控模糊算法、多传感器数据融合算法的计算，将结果输送至模糊逻辑光强分级调控系统中； (4)控制系统对模糊逻辑内外置分级调控LED灯光组进行不同工作状态的调控。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，其特征在于，所述的光照传感器组安装在反应罐中透明管与反应罐外壁的中间位置，对内外两侧方向传感器采集的数据的权重设定为0.25和0.75。
3.根据权利要求1所述的基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，其特征在于，所述的数据融合算法为，设Λ?表示第i个传感器短时间内第η次采样的结果,其中最大值为，最小的值为Λβ，则连续η次采样时各传感器测量算术平均值&为:
4.根据权利要求1所述的基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，其特征在于，所述的光强调控模糊算法为，将整个光照系统的光源设备中的LED灯管组开关分为四种工作状态，经多传感器融合算法得到罐内光照度值，同时计算出藻细胞浓度，作为模糊推理控制器的输入变量，接着再将此输入量作标准化处理，将其变化范围影射到响应论域中，通过隶属函数建立清晰量与模糊量之间的对应关系，确定输入值对应于语言变量的语言值作为模糊控制推理的输入。
5.模糊控制推理以规则库和输入变量为依据，经模糊推理得到分级光源设备的模糊结果，通过控制光源设备的工作状态实现对光照强度的分级调控。
6.根据权利要求4所述的基于多传感器测量和数据融合的模糊逻辑光强调控方法，其特征在于，所述的LED灯管组工作状态为，所有灯管都关闭为工作状态O，单独开启内置灯管为工作状态1，再开启外置光源的任意对角线上的两根灯管为工作状态2，所有灯管都开启为工作状态3。
【文档编号】H05B37/02GK103974511SQ201410170074
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】陈明, 赵海乐, 周汝雁, 冯国富, 郭庆娟 申请人:上海海洋大学