基于物联网技术的红酒发酵过程控制研究及应用

摘要

随着经济的发展和人们生活水平的提升,红酒越来越受欢迎,发酵过程作为红酒生产的重要环节,其控制至关重要。目前,发酵过程控制技术已日益趋于成熟完善,各种控制系统都已实践应用,红酒工业总体是向着自动化智能化方向发展。本课题将物联网技术与传统技术相结合,设计使用基于物联网技术的无线传感器网络控制技术,可以使红酒发酵生产成本降低,完成发酵过程的优化。 本文设计了一种基于物联网的红酒发酵过程控制技术,通过无线通信控制技术实现对发酵过程的参数的监测控制。首先,在研究红酒发酵过程控制状况的基础上,分析了物联网技术和发酵过程大滞后、时变、非线性的过程,研究了ZigBee技术,包括ZigBee协议栈结构,物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层等各层协议的服务规范和帧结构,以及ZigBee网络拓扑结构的组织网络形状。分析发酵过程中的主要参数的测量和控制,以温度对发酵过程的影响,分析温度控制理论,在此基础上得出了最适合系统的控制算法。然后,对发酵过程控制的软硬件进行了设计,在给出发酵过程控制总体结构方案后,具体设计了传感器终端监测控制模块、ZigBee网络传输子系统、上位机监测中心这几个部分的硬件结构,包括各模块部分的电路设计和电路中所涉及芯片。其中ZigBee节点使用CC2430芯片,传感器使用数字式温度传感器DS18B20,协调节点通过串口连接到上位机。最后给出了上位机和ZigBee设备的软件设计。上位机监控软件设计是基于LabWindows/CVI环境的软件平台。ZigBee设备的软件设计是基于Z-Stack协议栈并且在IAR集成开发环境下,分别对ZigBee的协调节点和终端节点的软件流程进行了设计。组建ZigBee协议的无线通讯网络,实现发酵过程参数的实时采集,通过上位机处理实现对过程生产的有效控制。在对发酵过程中的参数量进行的控制中,采用等待与通常PID控制相结合的复合控制算法,增强控制的精确度和控制效果。 基于物联网技术的红酒发酵过程控制,不仅可以获得良好可行的监测控制效果,而且ZigBee无线网络控制简单易行,通信灵活方便,便于维护,扩展性好,可以使红酒发酵过程的生产投资减少,降低人力资本,满足工业需求,提高发酵过程控制水平。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2发酵控制的国内外现状及趋势

1.3物联网技术及应用

1.4文章内容及结构

第二章 ZigBee技术

2.1 ZigBee技术及特点

2.2 ZigBee协议栈结构

2.3 ZigBee网络拓扑结构

第三章 红酒发酵过程中的主要参数测量及控制

3.1发酵过程控制的主要参数

3.2发酵过程温度的检测

3.3生物发酵过程中温度控制理论分析

3.4终端控制算法

第四章 红酒发酵过程控制系统硬件设计

4.1发酵控制系统总体结构

4.2传感器终端监测控制模块

4.3 ZigBee网络传输子系统硬件设计

4.4上位机监测控制中心子系统

第五章 系统软件设计

5.1 上位机监控软件设计

5.2 ZigBee设备软件设计

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的科研成果

致谢