一種基于osal的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于OSAL任務(wù)調(diào)度機制的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，適用于生產(chǎn)多種固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)發(fā)酵是在沒有或幾乎沒有游離水的不溶性固體基質(zhì)中來培養(yǎng)微生物的生物反應(yīng)過程。與液態(tài)發(fā)酵相比，固態(tài)發(fā)酵是更簡單、清潔的生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)過程中，準確的把握溫度、濕度和通風(fēng)的控制，便能獲得優(yōu)良的生產(chǎn)品質(zhì)。固態(tài)發(fā)酵有投資少、能耗低、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少等顯著優(yōu)點，發(fā)酵過程中微生物生長適宜，生物酶的種類豐富、活性高。常用于發(fā)酵食品、生物燃料、生物農(nóng)藥、抗生素、酶制劑、食品添加劑等生物產(chǎn)品的生產(chǎn)，與國民經(jīng)濟息息相關(guān)。
[0003]隨著固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，和市場對高品質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品需求的增加，固態(tài)發(fā)酵的自動化生產(chǎn)設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對設(shè)備的性能要求也越來越高。但現(xiàn)有的很多生產(chǎn)設(shè)備無法滿足固態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)要求，或僅在生產(chǎn)某一種發(fā)酵產(chǎn)品時，表現(xiàn)出相對良好的性能，但不具有智能性。搭建一種專門針對固態(tài)發(fā)酵的通用的、簡潔的、低成本高性能的智能控制系統(tǒng)，便顯得尤為重要了。
[0004]OSAL是一種開源的多任務(wù)調(diào)度機制，具有占用資源空間小，通用性強，易移植，執(zhí)行效率高的特點。由于在固態(tài)發(fā)酵的過程中，將會有很多繁瑣的控制和操作任務(wù)需要分配和執(zhí)行，因此將固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)與OSAL任務(wù)調(diào)度機制相結(jié)合，可以有效提高該固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行效率，從而達到更加精準、穩(wěn)定的調(diào)控效果。同時兩者的結(jié)合也使得該固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)能快速移植到不同微處理器平臺的設(shè)備上，增強了該控制系統(tǒng)的通用性和兼容性。
[0005]目前，針對固態(tài)發(fā)酵的控制系統(tǒng)并不多?，F(xiàn)有的專利，多為針對溫度控制的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)，并不完全滿足固態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)過程。其中，針對溫度控制的系統(tǒng)或設(shè)備，多數(shù)從溫度曲線的角度出發(fā)，強調(diào)精確地溫度控制，保證箱體內(nèi)平均溫度符合要求的溫度曲線。而微生物是非常脆弱的，任何強烈的調(diào)節(jié)均可對微生物有不利的影響。同時，設(shè)備所采集的溫度，多為箱體內(nèi)部分采集點所采集的溫度，并無法真實反應(yīng)大部分微生物的情況。調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫度的過程，均是通過使局部溫度先調(diào)高或調(diào)低，再通過循環(huán)風(fēng)使整個箱體溫度平衡。在頻繁的溫度調(diào)節(jié)過程中，局部的微生物可能受到破壞。
[0006]在微生物的生長過程中，溫度并不需要強制的按照某一種標準的溫度曲線進行，而是在保證最基本的舒適的生長環(huán)境下，讓微生物自由的去生長。而設(shè)備需要的是配合微生物的特性，適當(dāng)?shù)募右砸龑?dǎo)。設(shè)備要盡可能的減少對環(huán)境的控制，需要在環(huán)境控制和微生物特性之間達到一個平衡點。而現(xiàn)有多數(shù)專利無法滿足這一點。如發(fā)明專利1(發(fā)明人:鮑飛豹，“一種基于PID控制的恒溫箱”:專利申請?zhí)?201310559669.X)中所述的PID恒溫箱，可將箱內(nèi)溫度保證在一恒定值，溫度高于規(guī)定值則制冷，低于規(guī)定值則加熱。但微生物有自己的生長過程，在前期生長過程中，任何的制冷都會對微生物造成不利的影響，而生長過程的后期，任何的加熱操作同樣會對微生物造成不利的影響。多數(shù)基于PID的溫度控制系統(tǒng)和設(shè)備，并不適于固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)。在發(fā)明專利2(發(fā)明人:陳國光、楊帥杰、高繼生，“溫度控制方法及其裝置”:專利申請?zhí)?200410062630.8)中提到了一種適用于機房內(nèi)溫度控制的方法及其裝置，但僅有降溫過程。而發(fā)明專利3(發(fā)明人:楊素英、高苗苗、仲崇權(quán)，“一種SOPC采用模糊PID控制的程序升溫控制器”:專利申請?zhí)?201010236667.3)中所述的升溫控制器，只能滿足升溫過程，同時其使用的EP2C35F672芯片價格較高。
[0007]固態(tài)發(fā)酵設(shè)備既要能實現(xiàn)升溫過程的溫度控制，又要能實現(xiàn)降溫過程的溫度控制，同時還需考慮換風(fēng)、加濕、干燥等其他控制。而且，所有的控制不能過于強烈，通過一種智能化的分梯度改變環(huán)境的控制，以充分滿足微生物發(fā)酵需要，而該固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)上述功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在微生物生長過程中，對環(huán)境的需求有一種通性;而大多數(shù)溫控設(shè)備在運行過程中，也存在一種運行模式的通性。本發(fā)明結(jié)合了這兩個領(lǐng)域中的兩種通性，實現(xiàn)了一種固態(tài)發(fā)酵的智能控制系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種基于OSAL任務(wù)調(diào)度機制的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)，通過簡潔、穩(wěn)定、低成本的方式，實現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵的自動化控制。并使該控制系統(tǒng)可以簡便地在各種微處理器平臺移植、實現(xiàn)，通過簡單的設(shè)備組合來實現(xiàn)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝。
[0010]同時，本發(fā)明通過特殊的系統(tǒng)架構(gòu)和控制規(guī)則，在不對微生物自然生長特性進行過度刺激的前提下，盡可能的為微生物提供合適的生長環(huán)境，充分的將微生物自身的發(fā)酵能力發(fā)揮出來。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)通過兩大階段來實現(xiàn)，一是升溫控制階段，二是降溫控制階段。同時，結(jié)合不同階段的特點，調(diào)整風(fēng)扇、加濕器等其他設(shè)備配合工作。
[0012]本發(fā)明的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)的技術(shù)方案包括如下三個設(shè)計:
[0013]設(shè)計1:在升溫控制階段，控制系統(tǒng)逐步提升環(huán)境溫度。升溫階段可按照用戶分為多個升溫梯度，每個升溫梯度均有一個目標溫度值K和一個偏差值k，以及該梯度的運行時間T，當(dāng)環(huán)境溫度低于K-k時，則開始加熱；當(dāng)環(huán)境溫度高于K+k是，則停止加熱，不進行制冷操作。在升溫控制階段，有內(nèi)循環(huán)風(fēng)和外循環(huán)風(fēng)兩種風(fēng)扇控制模式。
[0014]設(shè)計2:在降溫控制階段，控制系統(tǒng)逐步降低環(huán)境溫度。降溫階段可按照用戶分為多個降溫梯度，每個降溫梯度均有一個目標溫度值K和一個偏差值k，以及該梯度的運行時間T。當(dāng)環(huán)境溫度高于K+k時，則開始制冷；當(dāng)環(huán)境溫度低于K-k是，則停止制冷，不進行加熱操作。在整個降溫控制階段，內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇和外循環(huán)風(fēng)扇按照兩種模式，一直保持運行狀態(tài)。
[0015]設(shè)計3:控制系統(tǒng)結(jié)合OSAL任務(wù)調(diào)度機制，根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行內(nèi)容、優(yōu)先級等屬性，將所有任務(wù)劃分為多個任務(wù)層，然后再在每個任務(wù)層中放入相應(yīng)的任務(wù)。例如，對于簡單的固態(tài)發(fā)酵需求，可將任務(wù)分為硬件層和應(yīng)用層這兩個層面。在硬件層中可放入按鍵掃描任務(wù)、按鍵消抖任務(wù)、數(shù)碼管顯示任務(wù)、加熱和制冷設(shè)備控制任務(wù)等，而在應(yīng)用層中放入溫度采集任務(wù)、溫控算法任務(wù)等。將任務(wù)劃分好后，系統(tǒng)首先按照任務(wù)層的優(yōu)先級來輪詢每個任務(wù)層是否有任務(wù)被觸發(fā)，當(dāng)輪詢到某任務(wù)層有任務(wù)被觸發(fā)后，再按照層內(nèi)任務(wù)的優(yōu)先級，執(zhí)行被觸發(fā)的任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)，執(zhí)行完該任務(wù)后保存好相關(guān)參數(shù)，接著開始新一輪的任務(wù)輪詢，如此反復(fù)。
[0016]上述設(shè)計I中，升溫控制階段的特點是:在升溫控制階段，不采取任何降溫措施。升溫梯度的K、k和T可由用戶根據(jù)發(fā)酵需求自行設(shè)定。在升溫控制階段，有內(nèi)循環(huán)風(fēng)和外循環(huán)風(fēng)兩種風(fēng)扇控制模式。內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇在整個升溫控制階段一直運行，而外循環(huán)風(fēng)扇在若干個升溫梯度完成后，才開始運行。外循環(huán)風(fēng)扇開始運行后，并不是一直保持運行狀態(tài)，而是運行一段時間停止一段時間，按周期運行。內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇和外循環(huán)風(fēng)扇的數(shù)量可由用戶自行設(shè)定，外循環(huán)風(fēng)扇的運行周期也由用戶自行設(shè)定。
[0017]上述設(shè)計2中，降溫控制階段的特點是:在降溫控制階段，不采取任何升溫措施。降溫梯度的K、k和T可由用戶根據(jù)發(fā)酵需求自行設(shè)定，風(fēng)扇的各種參數(shù)也可由用戶自行設(shè)定。在整個降溫階段，制冷機不可一直保持運行狀態(tài)，而是運行一段時間停止一段時間，按周期運行。運行周期可由用戶自行設(shè)定。制冷機的運行周期控制的優(yōu)先級低于溫度控制的優(yōu)先級，制冷機的周期狀態(tài)不隨溫度控制而刷新?？梢杂行Х乐巩?dāng)k值較小的時候，溫度在K值附近震顫，而導(dǎo)致制冷機工作異常。
[0018]上述設(shè)計3中，基于OSAL任務(wù)調(diào)度機制的控制系統(tǒng)特點是:所有任務(wù)的調(diào)度執(zhí)行均通過OSAL機制來完成，使得該控制系統(tǒng)能夠高效處理多項復(fù)雜繁瑣的任務(wù)。同時加入任務(wù)監(jiān)控機制，防止某一任務(wù)出現(xiàn)異常，陷入死循環(huán)。發(fā)酵各參數(shù)設(shè)定后，設(shè)備即可實現(xiàn)自動化控制與運行。
[0019]本發(fā)明優(yōu)點在于:
[0020]本發(fā)明在升溫控制階段不使用任何制冷措施。在微生物快速生長的階段，任何制冷的操作均會對微生物造成一定的不良刺激。而在此階段，環(huán)境溫度高于指定溫度值，則會對菌類生長產(chǎn)生積極的影響。同時，在微生物生長的前期階段，給以菌類一個穩(wěn)定的空氣環(huán)境尤為重要，此時無需開啟外循環(huán)風(fēng)扇。而在微生物快速生長的階段，又需要對內(nèi)部環(huán)境進行一定程度的更新。此時設(shè)備通過對外循環(huán)風(fēng)扇進行控制，使內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境之間達到一個適合微生物發(fā)酵的