專利名稱：一種ust高性能微藻智能測控儀及其測控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微藻培養(yǎng)測控裝置及方法，尤其涉及一種微藻培養(yǎng)的自動(dòng)控制裝
置和方法改進(jìn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，隨著石化資源的日漸耗竭，人類開始尋找其他可替代的能源。微藻是 一種含有高蛋白質(zhì)的水生藻類植物，其體積微小，但繁殖速度驚人，而且其含油量高，有希 望成為替代石化能源的新一代生物能源。 目前發(fā)達(dá)國家都在進(jìn)行微藻生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)研究，并已經(jīng)取得了大量的初步
成果，但基本上仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。目前常見的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中，大部分是依靠科學(xué)家的經(jīng)
驗(yàn)，使用簡陋的設(shè)備進(jìn)行微藻培養(yǎng)和品種篩選，不僅工作量繁瑣巨大，而且工作效率很低，
尤其不能適應(yīng)實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用的需求。 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種UST高性能微藻智能測控儀及其測控方法，實(shí)現(xiàn)對微 藻培養(yǎng)的自動(dòng)化檢測和控制，以便能夠進(jìn)行技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種UST高性能微藻智能測控儀，其設(shè)置包括一主控單元，其中，還包括一腔體 部，與微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的流通管道相連通；所述主控單元連接有數(shù)個(gè)傳感器，用于監(jiān)測所述微 藻培養(yǎng)系統(tǒng)中微藻培養(yǎng)液的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素含量的參量值；
—顯示單元，連接所述主控單元，用于顯示所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以及操控界面；
—自控模塊，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或人工干預(yù)啟動(dòng)在所述微藻培養(yǎng)液中的控 制電路。 所述的裝置，其中，在所述顯示單元上還設(shè)置有數(shù)個(gè)警報(bào)提示單元，其中至少包括
一警示燈。 所述的裝置，其中，所述警報(bào)提示單元還包括一用于發(fā)出警報(bào)聲的喇叭。 所述的裝置，其中，所述裝置還設(shè)置在一外殼中，所述外殼并用于支撐所述微藻培
養(yǎng)系統(tǒng)，所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)在所述外殼及另一支撐部之間設(shè)置包括上下分列并位置從高到
低依次連通設(shè)置的透明管，所述透明管用于循環(huán)流動(dòng)所述微藻培養(yǎng)液。 —種所述裝置的微藻智能測控方法，其包括以下步驟 A、由主控單元控制啟動(dòng)微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的水泵，以驅(qū)動(dòng)微藻培養(yǎng)液在流通管道中循 環(huán)流動(dòng)； B、由所述主控單元監(jiān)測所述微藻培養(yǎng)液中的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及 元素含量的參量值，并在顯示裝置上進(jìn)行顯示； C、根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序參數(shù)或人工干預(yù)，由所述主控單元控制啟動(dòng)所述微藻培養(yǎng)
3液中的控制電路，以調(diào)整所述微藻培養(yǎng)液的參量值。 所述的方法，其中，所述元素含量的監(jiān)測范國包括0)2、 HC03-、 C032—、 NH4+、 N03_、 P043—、S042—、鉀和鈉。
所述的方法，其中，所述參量值還包括ra值。 本發(fā)明所提供的一種UST高性能微藻智能測控儀及其測控方法，由于采用了主控 單元的監(jiān)測和控制，可以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和控制，方便了工業(yè)化應(yīng)用，并且適應(yīng)微藻培養(yǎng)過程 中由于微藻的大量繁殖需要相對較長時(shí)間的特點(diǎn)，提供了可工業(yè)化應(yīng)用的一種測控設(shè)備和 測控方法。


圖1為本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀較佳實(shí)施例的立體示意圖； 圖2為本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀較佳實(shí)施例的電路模塊示意圖； 圖3為本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀較佳實(shí)施例的內(nèi)部流通管道連接示意 圖； 圖4為本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀內(nèi)部管道安裝示意圖； 圖5為本發(fā)明微藻智能測控方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明的較佳實(shí)施例加以詳細(xì)說明。 本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀及其方法主要是針對現(xiàn)有技術(shù)的手工操控方 式問題所提出的一種解決方案，由于微藻的培養(yǎng)過程中，雖然微藻本身的個(gè)體數(shù)量繁殖速 度很快，但在整體上達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用所需要的濃度情況，所需要的時(shí)間相對還是比較長的， 這樣在微藻培養(yǎng)過程中就需要隨時(shí)有人守候，而且還必須是有過微藻培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)的人，否則 很難決定微藻培養(yǎng)液是否處在正常狀態(tài)，甚至有可能在發(fā)現(xiàn)情況不好時(shí)，微藻可能已經(jīng)停 止生長且早已經(jīng)開始死亡，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明技術(shù)方案利用現(xiàn)有的硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn) 了在微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和方法，能夠有效的提供一種全自動(dòng) 的無人值機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。 本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀的較佳實(shí)施例中，其設(shè)置包括一主控單元110， 如圖2所示，可以采用現(xiàn)有的PC，也可以采用嵌入式系統(tǒng)，以方便編程控制；同時(shí)還包括一 腔體部120，如圖3和圖4所示，與微藻培養(yǎng)系統(tǒng)200的流通管道210相連通，所述微藻培養(yǎng) 系統(tǒng)200可以采用目前常見的開放式系統(tǒng)，也可以采用如本發(fā)明實(shí)施例中的封閉式系統(tǒng)， 如圖1所示的，采用兩側(cè)有支撐部211和212的螺旋透明管形成微藻培養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)的通 道。 其中一側(cè)的支撐板212可以同時(shí)作為本發(fā)明測控儀裝置的外殼。所述腔體部120 設(shè)置在所述外殼212內(nèi)，并與所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的流通管道210相連通，在該腔體部120內(nèi) 設(shè)置有數(shù)個(gè)傳感器121，這些傳感器都連接所述主控單元IIO，可以用來監(jiān)測所述微藻培養(yǎng) 系統(tǒng)中微藻培養(yǎng)液參量值，包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素含量等，所述元素含量 中的元素包括C02、 HC03-、 C032—、 NH4+、 N03-、 P043—、 S042—、鉀和鈉等，這些傳感器的實(shí)現(xiàn)方式為 現(xiàn)有技術(shù)所常見，因此不再贅述，各傳感器通過USB接口或RS-232接口與主控單元連接通訊。 本發(fā)明所述UST高性能微藻智能測控儀中還包括一顯示單元130，如圖2所示，連接所述主控單元110，可以用來顯示所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以及操控界面，并在該操控界面上可以進(jìn)行程序設(shè)置和監(jiān)測參量設(shè)置，例如設(shè)定報(bào)警的條件，例如溫度過低時(shí)需要進(jìn)行報(bào)警提示，并可能需要啟動(dòng)設(shè)置在所述微藻培養(yǎng)液中用于加熱的控制電路。 本發(fā)明所述UST高性能微藻智能測控儀還包括一自控模塊140，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或人工干預(yù)來啟動(dòng)設(shè)置在所述微藻培養(yǎng)液中的控制電路，例如加熱、光照、添加鹽的控制電路等等。 本發(fā)明所述UST高性能微藻智能測控儀中，在所述顯示單元130上還設(shè)置有數(shù)個(gè)警報(bào)提示單元131，如圖2所示，其中可設(shè)置包括一警示燈，可發(fā)出警示光，以及一喇叭，可發(fā)出警報(bào)聲。 本發(fā)明還提供了一種微藻智能測控的方法，如圖5所示，其包括以下具體步驟
S501、由所述主控單元控制啟動(dòng)微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的水泵，如圖1所示，以驅(qū)動(dòng)微藻培養(yǎng)液在流通管道210中循環(huán)流動(dòng)； S502、由所述主控單元監(jiān)測所述微藻培養(yǎng)液中的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素含量的參量值，并在顯示裝置上進(jìn)行顯示； S503、根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序參數(shù)或人工干預(yù)，由所述主控單元控制啟動(dòng)所述微藻培養(yǎng)液中的控制電路，以調(diào)整所述微藻培養(yǎng)液的參量值，例如溫度低于預(yù)設(shè)溫度參量值時(shí)啟動(dòng)加熱電路，照度不足時(shí)啟動(dòng)光照系統(tǒng)，鹽度不符合條件時(shí)向微藻培養(yǎng)液中添加鹽或水。并可以對所述微藻培養(yǎng)液中的所述元素含量進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測范圍包括碳、氮、磷、鉀、氧氣、
鈉和氫等，并且可以監(jiān)控所述微藻培養(yǎng)液的ra值，并可以進(jìn)行控制，以達(dá)到微藻生長所需
要的環(huán)境條件。 微藻的研究已經(jīng)進(jìn)入后基因組時(shí)代，通過ITS-DNA序列分析發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人目前所采用的藻種與美國保藏的小球藻USTBOl十分相近，因此本發(fā)明裝置和方法主要針對UST微藻而發(fā)明設(shè)計(jì)。為自動(dòng)控制環(huán)境條件保證微藻的快速優(yōu)化生長，本發(fā)明采用了具有16通道模數(shù)轉(zhuǎn)換控制，精度為12位，通過DB37線電纜，將接線板上的信號(共2X16根線)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，另有4根線是數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號線。通過USB接口與本發(fā)明計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行采集、顯示、記錄，并輸出2路數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的0-5V可調(diào)電壓信號，經(jīng)過10A的固態(tài)繼電器控制控制電路的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對各種培養(yǎng)裝置中的微藻生產(chǎn)自動(dòng)測控。 本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀及其測控方法充分利用了目前的硬件技術(shù)條件，形成了一種自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，并可以對微藻的生長環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制，以方便實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種UST高性能微藻智能測控儀，其設(shè)置包括一主控單元，其特征在于，還包括一腔體部，與微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的流通管道相連通；所述主控單元連接有數(shù)個(gè)傳感器，用于監(jiān)測所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中微藻培養(yǎng)液的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素含量的參量值；一顯示單元，連接所述主控單元，用于顯示所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以及操控界面；一自控模塊，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或人工干預(yù)啟動(dòng)在所述微藻培養(yǎng)液中的控制電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述顯示單元上還設(shè)置有數(shù)個(gè)警報(bào)提 示單元，其中至少包括一警示燈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述警報(bào)提示單元還包括一用于發(fā)出警 報(bào)聲的喇叭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置還設(shè)置在一外殼中，所述外殼 并用于支撐所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)在所述外殼及另一支撐部之間設(shè)置包括 上下分列并位置從高到低依次連通設(shè)置的透明管，所述透明管用于循環(huán)流動(dòng)所述微藻培養(yǎng) 液。
5. —種如權(quán)利要求1所述裝置的微藻智能測控方法，其包括以下步驟A、 由主控單元控制啟動(dòng)微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的水泵，以驅(qū)動(dòng)微藻培養(yǎng)液在流通管道中循環(huán)流動(dòng)；B、 由所述主控單元監(jiān)測所述微藻培養(yǎng)液中的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素 含量的參量值，并在顯示裝置上進(jìn)行顯示；C、 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序參數(shù)或人工干預(yù)，由所述主控單元控制啟動(dòng)所述微藻培養(yǎng)液中 的控制電路，以調(diào)整所述微藻培養(yǎng)液的參量值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述元素含量的監(jiān)測范圍包括C02、HC0f、 C032—、 NH4+、 N03-、 P043—、 S042—、鉀和鈉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述參量值還包括ra值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種UST高性能微藻智能測控儀及其測控方法，其設(shè)置包括一主控單元，還包括一腔體部，與微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的流通管道相連通；所述主控單元連接有數(shù)個(gè)傳感器，用于監(jiān)測所述微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中微藻培養(yǎng)液的包括溫度、照度、吸光值、電導(dǎo)度以及元素含量的參量值；一顯示單元，連接所述主控單元，用于顯示所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以及操控界面；一自控模塊，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或人工干預(yù)啟動(dòng)在所述微藻培養(yǎng)液中的控制電路。本發(fā)明UST高性能微藻智能測控儀及其測控方法由于采用了主控單元的監(jiān)測和控制，可以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和控制，方便了工業(yè)化應(yīng)用，并且適應(yīng)微藻培養(yǎng)過程中由于微藻的大量繁殖需要相對較長時(shí)間的特點(diǎn)。
文檔編號C12M1/36GK101693872SQ200910190580
公開日2010年4月14日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者姚福德, 張炳泉 申請人:張炳泉;