瘤胃模拟装置及瘤胃模拟装置的控制方法

摘要

本发明提供了一种瘤胃模拟装置及瘤胃模拟装置的控制方法，瘤胃模拟装置包括调速装置、搅拌装置、采集装置、缓冲液注入装置、排气装置和控制器；所述方法包括：接收主机发送的携带有预设运行参数及运行参数数值的数据采集指令；根据对应的预设运行参数，控制采集装置采集预设发酵参数；接收采集装置发送的预设发酵参数并发送至主机，该方法对上述瘤胃模拟系统进行控制，能够较好的控制瘤胃模拟系统，使该系统实现自身的功能，以实现瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确记录产气量以及减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

说明书

技术领域

本发明涉及反刍动物营养研究领域，具体而言，涉及瘤胃模拟 装置及瘤胃模拟装置的控制方法。

背景技术

反刍动物的瘤胃是一个效率非常高的生物发酵罐，瘤胃内栖息 着复杂多样、数量巨大的微生物。微生物与宿主以及不同微生物之 间处于一种相互制约、相互依赖的动态平衡状态。由于瘤胃是一个 非常复杂的动态发酵系统，瘤胃中各种条件常处于动态的调控之中， 所以较多试验很难在活体动物身上开展。

为了解决上述问题，相关技术提供了瘤胃模拟系统，该系统应 用瘤胃模拟技术可以有效模拟瘤胃发酵，是研究反刍动物瘤胃生理 学、发酵生物化学、微生物学和营养学等较为理想的模型。瘤胃模 拟技术在动物营养研究领域应用十分广泛，特别适合于在研究营养 误会的匹配关系及其对瘤胃微生物代谢影响等用动物难以操作的领 域。

具体的，瘤胃模拟系统包括人工瘤胃模拟系统和连续培养瘤胃 模拟装置；连续培养瘤胃模拟装置如国际上应用较广的单外流连续 培养系统和双外流连续培养系统。单外流是指消化食糜固相和液相 均以相同速度外流的系统；而双外流是将消化糜固相和液相外流速 度分别加以控制的系统。单外流连续体外发酵装置的典型代表的特 点是把被测日粮放入尼龙袋中，再把尼龙袋放入发酵罐内供微生物 降解，但该装置对应的控制系统没有考虑瘤胃内的固相和液相外流 速度不同的情况，而且产气量的测定存在较大误差。双外流连续体 外发酵装置的典型代表为连续培养装置，该装置依靠发酵罐内的过 滤膜保持固相食糜外流速度和液体外流速度的不同，通过持续向发 酵罐内通入CO2维持发酵罐内的厌氧环境，但是该装置无法准确区 分已发酵和刚投入的饲料，无法测定单一饲料的消化率；人工瘤胃 模拟系统，伴随着发酵时间的延长，模拟装置内的微生物群落结构 会发生改变，微生物数量特别是原虫数量会逐渐减少设置消失。

发明人在研究中发现，现有技术中瘤胃模拟系统存在没有考虑 瘤胃内的固相和液相外流速度不同的情况、产气量的测定存在较大 误差不理想、无法准确区分已发酵和刚投入的饲料以及无法测定单 一饲料的消化率的问题，针对这些问题，目前尚未提出一种较好的 解决方式。

发明内容

本发明的目的在于提供瘤胃模拟装置及瘤胃模拟装置的控制方 法，能够实现瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排以及在不影 响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确记录产气量 等，用以更好的模拟反刍动物瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排 功能。

第一方面，本发明实施例提供了一种瘤胃模拟装置，包括发酵 罐，用于瘤胃微生物对发酵底物发酵；装置还包括：

搅拌装置，用于对发酵罐的内容物进行搅拌；

缓冲液注入装置，用于将存储的缓冲液注入到发酵罐中；

排气装置，用于释放发酵罐和/或采集装置内的气体；

排液装置，用于释放发酵罐内的缓冲液；

排固装置，用于释放发酵罐内的固相食糜；

控制器，当瘤胃模拟装置上电时，根据生成的流量脉冲控制搅 拌装置、缓冲液注入装置、排气装置、排液装置和排固装置正常工 作。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的 实施方式，其中，该瘤胃模拟装置还包括：

加料装置，用于向发酵罐内加入原料；

加热装置，用于对发酵罐和排液装置进行加热，以保持发酵罐 和排液装置在合适的温度；

采集装置，用于采集发酵罐内的预设发酵参数；预设发酵参数 包括：发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵罐内容物的发酵温 度、发酵罐内气体的压力、发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气 体的CH₄浓度；

控制器，当瘤胃模拟装置上电时，控制加料装置、加热装置和 采集装置工作，并对采集装置采集的预设发酵参数进行处理和显示；

计时器，用于在每一次到达预设计时周期时，向控制器发送提 示信息；

控制器还用于控制计时器计时，并根据计时器发送的提示信息 控制排气装置的打开和关闭。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置，采用调速装置调节搅拌装 置的搅拌速度；排气装置控制发酵罐内气体的释放；加料装置在排 气装置打开时向发酵罐内加入原料；采集装置采集发酵罐内的预设 发酵参数；控制器在瘤胃模拟装置上电时根据生成的流量脉冲控制 加料装置、加热装置工作以及采集装置采集工作，并对采集装置采 集的预设发酵参数进行处理和显示，以及控制采集装置采集预设发 酵参数并对预设发酵参数进行处理和显示。其与现有技术中的瘤胃 模拟系统存在没有考虑瘤胃内的固相和液相外流速度不同的情况等 问题相比，能够实现瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排、在 不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确记录产气 量，并且还能够减少发酵食糜在发酵罐内的积聚，用以更好的模拟 反刍动物瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

第二方面，本发明实施例还提供了一种瘤胃模拟装置的控制方 法，用于控制如第一方面所述的瘤胃模拟装置，包括：

接收主机发送的携带有预设运行参数及预设运行参数数值的数 据采集指令；其中，预设运行参数包括排气压力、关气压力、搅拌 速度、发酵温度以及液相稀释率；

根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制采集装置采集预 设发酵参数；预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子浓度指数 PH、发酵罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力、发酵罐内气 体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度；

接收采集装置发送的预设发酵参数；

将接收的预设发酵参数发送至主机。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的 实施方式，其中，根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制采 集装置采集预设发酵参数之前，还包括：

判断当前的运行参数数值与预设运行参数数值是否相匹配；

在检测到当前的运行参数数值与预设运行参数数值相匹配时， 保持当前的运行参数数值不变；

在检测到当前的运行参数数值与预设运行参数数值不匹配时， 从数据采集指令中提取预设运行参数数值，并将预设运行参数数值 设置为当前的运行参数数值。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了 第二方面的第二种可能的实施方式，其中，根据数据采集指令对应 的预设运行参数，控制采集装置采集预设发酵参数，包括：

根据当前的运行参数数值控制传感器采集第一预设发酵参数， 以及根据当前的运行参数数值控制探测器采集第二预设发酵参数； 第一预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵 罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力；第二预设发酵参数包 括：发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了 第二方面的第三种可能的实施方式，其中，根据当前的运行参数数 值控制探测器采集第二预设发酵参数，包括：

判断探测器是否被置位；

在检测到探测器未被置位时，获取当前的发酵罐内的气体压力 值，并在检测到气体压力值达到预设压力值时，向主机发送请求控 制探测器采集第二预设发酵参数的第一请求信息；

在接收到主机反馈的请求成功的反馈信息时，对探测器进行标 志置位；

向标志置位后的探测器发送的采集第二预设发酵参数的控制指 令；以及，

在检测到探测器被置位时，向当前被置位的探测器发送请求发 送第二预设发酵参数的第二请求信息。

结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了 第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

在接收到主机反馈的请求失败的反馈信息时，释放发酵罐内的 气体；

向标志置位后的探测器发送的采集第二预设发酵参数的控制指 令之后，还包括：

判断探测器发送的第二预设发酵参数是否发送完成；以及，

在检测到第二预设发酵参数发送完成后，释放探测器。

结合第二方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了 第二方面的第五种可能的实施方式，其中，根据当前的运行参数数 值控制传感器采集第一预设发酵参数之前，还包括：

判断瘤胃模拟装置是否启动/停止；

在检测到瘤胃模拟装置未启动/停止时，根据数据采集指令控制 瘤胃模拟装置启动/停止；以及，

在检测到瘤胃模拟装置启动时，判断瘤胃模拟装置是否处于采 集模式；

在检测到瘤胃模拟装置处于采集模式时，执行根据当前的运行 参数数值控制传感器采集第一预设发酵参数的步骤；以及，

在检测到瘤胃模拟装置未处于采集模式时，根据数据采集指令 控制排气装置打开以及控制加料装置加料，用以使瘤胃模拟装置处 于采集模式；

根据当前的运行参数数值控制探测器采集第二预设发酵参数之 前，还包括：

判断探测器是否启动；以及，

在检测到探测器未启动时，根据数据采集指令启动探测器。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，采用如下技术 方案：接收到的主机发送的携带有预设运行参数及预设运行参数数 值的数据采集指令；根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制 采集装置采集预设发酵参数；接收采集装置发送的预设发酵参数并 发送至主机，其与现有技术的瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先 设置好排气装置的排气压力和关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加 热装置的加热温度以及缓冲液注入装置的注入容量等的运行参数， 并控制瘤胃模拟系统根据上述设置进行配置，以使得瘤胃模拟装置 进行更好的模拟发酵，用以实现整个瘤胃模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

第三方面，本发明实施例还提供了另一种瘤胃模拟装置的控制 方法，用于控制如第一方面所述的瘤胃模拟装置，包括：

在检测到用户登录成功的信息时，对瘤胃模拟装置进行测试；

在检测到瘤胃模拟装置的测试结果为正常时，对瘤胃模拟装置 的运行参数进行设置；运行参数包括：排气压力、关气压力、搅拌 速度、发酵温度以及液相稀释率；

向从机发送运行参数，以便从机根据运行参数采集预设发酵参 数；预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵 罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力、发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度；

接收从机发送的预设发酵参数，并显示预设发酵参数。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的 实施方式，其中，所述方法还包括：

存储对瘤胃模拟装置的运行参数进行设置的设置结果和从机发 送的预设发酵参数；以及，

在检测到缓冲液注入装置中的液位低于预设液位值时，控制报 警装置报警。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，采用如下技术 方案：在检测到用户的登录成功的信息时，对瘤胃模拟装置进行测 试；测试结果正常时，对瘤胃模拟装置的运行参数进行设置；向从 机发送运行参数，以便从机根据运行参数采集预设发酵参数；接收 从机发送的预设发酵参数，并显示预设发酵参数，其与现有技术的 瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先设置好排气装置的排气压力和 关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加热装置的加热温度以及缓冲液 注入装置的注入容量等的运行参数，并控制瘤胃模拟系统根据上述 设置进行配置，以使得瘤胃模拟装置进行更好的模拟发酵，用以实 现整个瘤胃模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了 本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种瘤胃模拟装置的控制方 法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图7示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图8示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图9示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控制 方法的流程图；

图10示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控 制方法的流程图；

图11示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控 制方法的流程图；

图12示出了本发明实施例所提供的另一种瘤胃模拟装置的控 制方法的流程图。

具体实施方式

双外流连续培养瘤胃模拟装置经过了半个多世纪的发展，为了 更好的模拟反刍动物瘤胃的蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能， 其结构已经发生了很大的变化，如何实现瘤胃内容物液相和固相以 不同的速率外排；如何实现在不影响发酵罐内环境的前提下排出发 酵产生的气体并准确记录气量；如何减少发酵食糜在发酵罐内的积 累等等，这些一直都是双外流培养瘤胃模拟系统的设计关键。本发 明拟将体外产气法的排气方式应用到连续培养的发酵罐上，并采用 将发酵罐液体、固相内容物分别外排的方式。

为了解决上述问题，本发明提供了一种瘤胃模拟装置，也可以 称为双外流连续培养系统(或者双外流连续培养装置)包括：发酵 罐、搅拌装置、缓冲液注入装置、排液装置、排气装置、排固装置 和加热装置七个部分。

而本发明提供的瘤胃模拟装置的控制系统的控制方法采用了集 散控制系统，该集散控制系统是1975年由美国Honey Well公司首 先推出的自动控制系统，是以危险分散、控制分散，操作和管理集 中为基板设计思路，以分层、分级和合作自治为结构形式，适应现 代自动控制和管理要求的自动控制系统。

瘤胃模拟装置的控制方法，该控制方法主要是对连续培养瘤胃 模拟系统在发酵过程中的一些参数进行监测和控制，如物理参数(温 度、压力、搅拌速度、产气量)和化学参数(PH)。

而该控制方法本身对应有一套控制系统，下面对该控制系统进 行简要说明：

整个控制系统包括三个部分，分别为监测管理级(直接控制层)、 检测控制级(监控层)和直接控制级(监督层)3级，构成监、管 控一体的综合系统。本实施例中的系统由一台工业控制管理计算机 (下面简称计算机)、一台基于ARM微处理器的上位机(嵌入式系 统)和1至6块单片机组成。而本发明则通过ARM微处理器的上 位机(嵌入式系统)(下面简称主机)和1至6块单片机(下面简称 从机)组成对整个瘤胃模拟装置进行控制。

本实施例中的瘤胃模拟装置共有6个发酵单元，优选的，每个 发酵单元采用一个直接控制模块。每个直接控制模块独立工作，互 补干扰。每个直接控制模块的控制主对象为发酵罐，完成发酵罐的 搅拌、进气、排气的操作，实现发酵过程中发酵罐内容物的氢离子 浓度指数PH、发酵罐内气体的压力、发酵罐内容物的发酵温度、发 酵罐内的气体流量、发酵罐内气体的CH₄浓度、发酵罐内气体的CO₂ 浓度的采集。另外，每一个直接控制模块均与上位机实现通讯，及 时上传采集的数据，并通过RS232总线控制缓冲液注入装置工作。

本实施例中，每个主机对应控制6个从机，分别通过6个从机 控制瘤胃模拟装置。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一 部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出 的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于 本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种瘤胃模拟装置，包括发酵罐，用于瘤胃微生 物对发酵底物发酵；所述瘤胃模拟装置还包括：

搅拌装置，用于对发酵罐的内容物进行搅拌；

缓冲液注入装置，用于将存储的缓冲液注入到发酵罐中；

排气装置(本实施例中实质上是应用多个电磁阀实现的)，用于 释放发酵罐和/或采集装置内的气体；

排液装置，用于释放发酵罐内的缓冲液；

排固装置，用于释放发酵罐内的固相食糜；

控制器，当瘤胃模拟装置上电时，根据生成的流量脉冲控制搅 拌装置、缓冲液注入装置、排气装置、排液装置和排固装置正常工 作。

具体的，此处的控制器即包括ARM微处理器的上位机(嵌入 式系统)(即主机)和真正实现控制的单片机(即从机)。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置，与现有技术中的瘤胃模拟 系统存在没有考虑瘤胃内的固相和液相外流速度不同的情况等问题 相比，能够实现瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排、在不影 响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确记录产气量， 并且还能够减少发酵食糜在发酵罐内的积聚，用以更好的模拟反刍 动物瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

进一步的，该瘤胃模拟装置还包括：加料装置，用于向发酵罐 内加入原料；加热装置，用于对发酵罐和排液装置进行加热，以保 持发酵罐和排液装置在合适的温度；采集装置，用于采集发酵罐内 的预设发酵参数；预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子浓度 指数PH、发酵罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力、发酵罐 内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度；

控制器，当瘤胃模拟装置上电时，控制加料装置、加热装置和 采集装置采集工作，并对采集装置采集的预设发酵参数进行处理和 显示；

计时器，用于在每一次到达预设计时周期时，向控制器发送提 示信息；

控制器还用于控制计时器计时，并根据计时器发送的提示信息 控制排气装置的打开和关闭。

同理，此处的控制器即包括ARM微处理器的上位机(嵌入式 系统)(即主机)和真正实现控制的单片机(即从机)。

基于上述瘤胃模拟装置，本发明提供了一种瘤胃模拟装置的控 制方法，用于对上述瘤胃模拟装置进行控制，所述方法涉及从机侧， 如图1所示，包括：

101、接收主机发送的携带有预设运行参数及预设运行参数数值 的数据采集指令；其中，预设运行参数包括预设运行参数包括排气 压力、关气压力(即排气装置的排气压力和关气压力)、搅拌速度(即 搅拌装置的搅拌速度)、发酵温度(即加热装置的加热温度)以及液 相稀释率(即缓冲液注入装置的注入容量)。

具体的，本实施例中的预设运行参数包括排气装置的排气压力、 排气装置的关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加热装置的加热温度 以及缓冲液注入装置的注入容量；本实施例中的搅拌装置实质上是 由调速装置进行搅拌速度调节的；具体的，调速装置可以为步进电 机，从机通过控制步进电机的转速控制所述搅拌装置的搅拌速度。

另一方面，本实施例中是使用齿轮泵控制加热装置进行加热， 故对加热温度的加热温度进行设置是通过对齿轮泵的运转参数进行 设置，从而调节加热温度，用以达到发酵温度；

另外，本实施例中也是使用齿轮泵控制缓冲液注入装置向发酵 罐内注入缓冲液(实质，缓冲液是用于模拟反刍动物的唾液)，故 对缓冲液注入装置的注入容量进行设置是通过对齿轮泵的运转参数 进行设置，如设置1s内控制缓冲液注入装置注入1ml的缓冲液等， 从而调节液相稀释率；

具体的，从机根据主机发送的如上述的预设运行参数的数值对 瘤胃模拟装置中对应的器件(如排气装置、搅拌装置、加热装置和 缓冲液注入装置)的工作条件进行设置，以便上述器件在设置的工 作条件进行工作。

而相对应的，从机和主机还预先约定了数据采集指令对应的其 他的一些控制条件，如在需要的条件下，控制调速装置(如步进电 机)、缓冲液注入装置、采集装置(如传感器和探测器)启动等。

102、根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制采集装置采 集预设发酵参数；所述预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子 浓度指数PH、发酵罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力、发 酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度。

具体的，从机则根据主机发送的排气压力、关气压力、搅拌速 度、发酵温度以及液相稀释率的预设运行参数及数值，对瘤胃模拟 装置中的特定的器件进行设置，如对排气装置的排气压力和关气压 力，对搅拌装置的搅拌速度、对加热装置的加热温度，以及对缓冲 液注入装置的注入容易进行设置，以便上述特定的器件根据这些预 设运行参数进行工作。

如从机根据排气压力和关气压力的预设运行参数数值对排气装 置进行设置，并在检测到发酵罐内部的气体压力达到预设压力时， 打开排气装置上的电磁阀进行排气，并在检测到发酵罐内的气体达 到关气压力时，关闭电磁阀，用以停止排气。

其中，气体预设压力可以根据需要进行设定，本实施例中设定 气体的排气预设压力为压强在2000Pa～3000Pa对应的压力，关闭排 气的压力为压强在500Pa～1000Pa对应的压力。

需要说明的是，本实施例中的发酵罐的体积是不变的，因此检 测发酵罐内的压强值即可以确定其压力值，故本实施例中只需检测 压强值到达预设条件时，即可排气或者关闭排气等。

本实施例中，采集装置包括温度传感器、压力传感器、氢离子 浓度指数PH传感器、CO₂探测器和CH₄探测器；在瘤胃模拟装置 中的上述特定的器件(如排气装置、搅拌装置、加热装置和缓冲液 注入装置)设置完成后，这些特定的器件则开始正常工作，此时， 另一些器件(如采集装置)同样根据从机发送的控制指令开始工作。

如压力传感器实时采集发酵罐内气体的压力，氢离子浓度指数 PH传感器实时采集发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH；温度传感 器实时采集发酵罐内容物的发酵温度和排液装置的温度；

在如在发酵罐内气体的压力达到预设值时，从机控制排气装置 的排气阀打开，将发酵罐内的气体排到CO₂探测器中，由CO₂探测 器检测其接收的气体中的CO₂浓度；同理，在发酵罐内气体的压力 达到预设值时，从机控制排气装置的排气阀打开，将发酵罐内的气 体排到CH₄探测器中，由CH₄探测器检测其接收的气体中的CH₄浓度。

在真正试验的过程中，使用本实施例提供的6个瘤胃模拟装置 (即发酵单元)中，其对应有6个从机，这6个瘤胃模拟装置均使 用同一套CO₂探测器和CH₄探测器，而考虑到CO₂探测器和CH₄探测器的价格较贵的成本，每一个瘤胃模拟装置需要通过其对应的 从机向主机请求使用，CO₂探测器和CH₄探测器对于请求成功的瘤 胃模拟装置的发酵罐罐内气体进行检测。

103、接收采集装置发送的预设发酵参数。

然后，采集装置将其采集的所有的数据全部发送给从机；发酵 罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵罐内容物的发酵温度、发酵罐 内气体的压力、发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓 度。

104、将接收的预设发酵参数发送至主机。

然后，从机将接收的预设发酵参数发送至主机，以便主机对该 预设发酵参数进行处理和显示。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，采用如下技术 方案：接收到的主机发送的携带有预设运行参数及预设运行参数数 值的数据采集指令；根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制 采集装置采集预设发酵参数；接收采集装置发送的预设发酵参数并 发送至主机，其与现有技术的瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先 设置好排气装置的排气压力和关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加 热装置的加热温度以及缓冲液注入装置的注入容量等的运行参数， 并控制瘤胃模拟系统根据上述设置进行配置，以使得瘤胃模拟装置 进行更好的模拟发酵，用以实现整个瘤胃模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

另外，如图2所示，本实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法 中，在步骤102根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制采集 装置采集预设发酵参数之前，还包括：

105、判断当前的运行参数数值与预设运行参数数值是否相匹 配。

具体的，瘤胃模拟装置中的特定器件(如排气装置、搅拌装置、 加热装置和缓冲液注入装置)(下文同样已特定器件进行说明)在保 留上一次工作(或者根据数据采集指令中断的当前另外的工作)会 有一个当前的运行参数数值，此时需要对该当前的运行参数数值与 主机发送数据采集指令中的预设运行参数数值是否一致进行判断， 目的是为了实施在一致和不一致的情况下的不同的处理方式。

106、在检测到当前的运行参数数值与预设运行参数数值相匹配 时，保持当前的运行参数数值不变。

具体的，若当前的运行参数数值与主机发送数据采集指令中的 预设运行参数数值一致，则上述特定器件即可按自己的当前运行参 数进行工作。

107、在检测到当前的运行参数数值与预设运行参数数值不匹配 时，从数据采集指令中提取预设运行参数数值，并将预设运行参数 数值设置为当前的运行参数数值。

若当前的运行参数数值与主机发送数据采集指令中的预设运行 参数数值不一致，则从机将预设运行参数数值设置为上述特定器件 的当前运行参数数值，并控制排气装置和搅拌装置按设置后的当前 运行参数进行工作。

进一步的，上述步骤102根据数据采集指令对应的预设运行参 数，控制采集装置采集预设发酵参数，具体包括：

根据当前的运行参数数值控制传感器采集第一预设发酵参数， 以及根据当前的运行参数数值控制探测器采集第二预设发酵参数； 第一预设发酵参数包括：发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵 罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压力；第二预设发酵参数包 括：发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度。

具体的，采集装置包括传感器和探测器，传感器用于采集第一 预设发酵参数，探测器用于采集第二预设发酵参数。其中，传感器 包括温度传感器，实时采集发酵罐内容物和排液装置的温度；压力 传感器实时采集发酵罐内气体的压力；氢离子浓度指数PH传感器 实时采集发酵罐内容物的缓冲液的PH。

探测器包括：CO₂探测器和CH₄探测器；在发酵罐内的气体压 力达到预设值时，从机控制排气装置的排气阀打开，将发酵罐内的 气体释放到CO₂探测器中，由CO₂探测器采集其接收的气体中的 CO₂浓度；同理，在发酵罐内气体的压力达到预设值时，从机控制 排气装置的排气阀打开，将发酵罐内的气体释放到CH₄探测器中， 由CH₄探测器采集其接收的气体中的CH₄浓度。

进一步的，如图3所示，该瘤胃模拟装置的控制方法中，根据 当前的运行参数数值控制探测器采集第二预设发酵参数，包括：

201、判断探测器是否被置位。

202、在检测到探测器被置位时，向当前被置位的探测器发送请 求发送第二预设发酵参数的第二请求信息。

203、在检测到探测器未被置位时，获取当前的发酵罐内的气体 压力值，并执行步骤204及后续步骤。

204、判断获取的当前的发酵罐内的气体压力值是否达到预设压 力值。

其中，在检测到发酵罐内的气体压力值未达到预设压力值时， 返回步骤101，在检测到发酵罐内的气体压力值达到预设压力值时， 执行步骤205及后续步骤。

205、在检测到压力值达到预设压力值时，向主机发送请求控制 探测器采集第二预设发酵参数的第一请求信息。

206、在接收到主机反馈的请求成功的反馈信息时，对探测器进 行标志置位，并执行步骤208及后续步骤。

207、在接收到主机反馈的请求失败的反馈信息时，释放发酵罐 内的气体。

208、向标志置位后的探测器发送的采集第二预设发酵参数的控 制指令，以便标志置位后的探测器根据采集第二预设发酵参数的控 制指令对所述第二数据进行采集。

209、接收标志置位后的探测器发送的第二预设发酵参数。

另外，如图4所示，步骤209之后还包括：

210、判断第二预设发酵参数是否发送完成。

具体的，在检测到第二预设发酵参数未发送完成后，返回步骤 102；

在检测到第二预设发酵参数发送完成后，执行步骤211及后续 步骤。

211、在检测到第二预设发酵参数发送完成后，释放探测器。

其中，释放探测器即释放探测器内的气体。

212、在检测到所述探测器释放完成后，判断是否需要停止工作。

若不需要停止工作，则返回步骤101；若需要停止工作，则停 止工作。

进一步的，如图5所示，该瘤胃模拟装置的控制方法中，在根 据当前的运行参数数值控制探测器采集第二预设发酵参数之前，还 包括：

301、判断探测器是否启动。

302、在检测到探测器未启动时，根据数据采集指令启动探测器。

进一步的，如图6所示，瘤胃模拟装置的控制方法中，根据当 前的运行参数数值控制传感器采集第一预设发酵参数之前，还包括：

401、判断瘤胃模拟装置是否启动/停止。

402、在检测到瘤胃模拟装置未启动/停止时，根据数据采集指 令控制瘤胃模拟装置启动/停止。

403、在检测到瘤胃模拟装置启动时，判断瘤胃模拟装置是否处 于采集模式。

404、在检测到瘤胃模拟装置处于采集模式时，执行根据当前的 运行参数数值控制传感器采集第一预设发酵参数的步骤。

405、在检测到瘤胃模拟装置未处于采集模式时或处于加料模式 时，控制排气装置、进气装置打开以及控制加料装置加料，加料完 毕后，使瘤胃模拟装置处于采集模式。

如图7所示，本发明还提供了一种瘤胃模拟装置的控制方法， 用于对上述瘤胃模拟装置进行控制，所述方法涉及主机侧，包括：

501、在检测到用户的登录成功的信息时，对瘤胃模拟装置进行 测试。

502、在检测到瘤胃模拟装置的测试结果为正常时，对瘤胃模拟 装置的运行参数进行设置；运行参数包括：排气装置的排气压力和 关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加热装置的加热温度以及缓冲液 注入装置的注入容量。

503、向从机发送运行参数，以便从机根据运行参数采集预设发 酵参数；预设发酵参数；所述预设发酵参数包括：发酵罐内容物的 氢离子浓度指数PH、发酵罐内容物的发酵温度、发酵罐内气体的压 力、发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的CH₄浓度。

504、接收从机发送的预设发酵参数，并显示预设发酵参数。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，采用如下技术 方案：在检测到用户的登录成功的信息时，对瘤胃模拟装置进行测 试；测试结果正常时，对瘤胃模拟装置的运行参数进行设置；向从 机发送运行参数，以便从机根据运行参数采集预设发酵参数；接收 从机发送的预设发酵参数，并显示预设发酵参数，其与现有技术的 瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先设置好排气装置的排气压力和 关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加热装置的加热温度以及缓冲液 注入装置的注入容量等的运行参数，并控制瘤胃模拟系统根据上述 设置进行配置，以使得瘤胃模拟装置进行更好的模拟发酵，用以实 现整个瘤胃模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

进一步的，如图8所示，该瘤胃模拟装置的控制方法，还包括：

存储对瘤胃模拟装置的运行参数进行设置的设置结果和从机发 送的预设发酵参数；以及，在检测到液体储存器中的液位低于预设 液位值时，控制报警装置报警。

优选的，步骤503之后可以包括步骤505、存储对瘤胃模拟装 置的运行参数进行设置的设置结果；

步骤504之后可以包括步骤506、存储从机发送的预设发酵参 数；

在步骤506后，包括步骤507、在检测到缓冲液注入装置中的 液位低于预设液位值时，控制报警装置报警。

如图9～图10所示，下面结合从机的整体流程对瘤胃模拟装置 的控制方法进行说明：

601、在整个控制系统开始运行时，进行系统初始化。

602、接收主机发送的携带有预设运行参数及运行参数数值的数 据采集指令。

603、判断当前的运行参数与预设运行参数是否一致；若一致， 则继续步骤605及后续步骤；若不一致，则执行步骤604及后续步 骤。

604、将预设运行参数设置为当前的运行参数。

605、判断瘤胃模拟装置是否已启动。以及在检测到瘤胃模拟装 置未启动时，执行步骤606；在检测到瘤胃模拟装置启动时，执行 步骤607。

606、在检测到瘤胃模拟装置未启动时，调用数据采集指令启动 所述瘤胃模拟装置。

607、判断瘤胃模拟装置是否处于采集模式；在检测到所述瘤胃 模拟装置未处于采集模式时，执行步骤608；在检测到所述瘤胃模 拟装置处于采集模式时，执行步骤609。

608、调用数据采集指令启动所述加料装置向所述发酵罐加料， 以使得瘤胃模拟装置处于采集模式。

609、向传感器发送采集第一预设发酵参数的控制指令，以便传 感器根据控制指令采集第一预设发酵参数。

610、接收传感器发送的第一预设发酵参数。

611、判断探测器使用标志是否被置位。在判断结果为是时，执 行步骤612；在判断结果为否时，执行步骤613及后续步骤。

612、向当前被置位的所述探测器发送请求采集第二预设发酵参 数的第二请求信息。

613、判断发酵罐内的气体压力值是否达到预设气体压力值。

614、在检测到发酵罐中的气体压力值达到预设气体压力值时， 向主机发送请求探测器探测发酵罐内的第二预设发酵参数的第一请 求信息。

其中，在检测到发酵罐中的气体压力值未达到预设气压值时， 返回步骤601。

615、判断是否接收到主机反馈的请求成功的消息；若是，则执 行步骤616，若否，则执行步骤617。

616、在接收到主机反馈的请求成功的消息时，对所述探测器进 行标志置位，并向标志置位后的所述探测器发送的采集所述第二预 设发酵参数的控制指令，以便所述探测器根据所述控制指令将采集 的所述第二预设发酵参数发送至从机。

617、在接收到主机反馈的请求失败的消息时，将发酵罐内的气 体排放到大气中。

618、接收被置位的探测器发送的所述第二预设发酵参数。

619、判断所述第二预设发酵参数是否发送完成。

620、在检测到第二预设发酵参数发送完成后，释放所述探测器。

621、判断整个控制过程是否需要停止；以及，在检测到整个控 制过程需要停止时，停止整个控制过程；在检测到整个控制过程不 需要停止时，返回步骤601。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，采用如下技术 方案：接收到的主机发送的携带有预设运行参数及预设运行参数数 值的数据采集指令；根据数据采集指令对应的预设运行参数，控制 采集装置采集预设发酵参数；接收采集装置发送的预设发酵参数并 发送至主机，其与现有技术的瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先 设置好排气装置的排气压力和关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加 热装置的加热温度以及缓冲液注入装置的注入容量，并控制瘤胃模 拟系统根据上述设置进行配置，以使得瘤胃模拟装置进行更好的模 拟发酵，用以实现整个瘤胃模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

如图11～12所示，下面结合主机的整体流程对瘤胃模拟装置的 控制方法进行说明：

801、主机进行系统初始化后，接收用户发送的登录信息。

802、判断用户的登录信息进行是否符合预设条件。

803、若符合预设条件，则生成用户登录成功的信息，并根据用 户登录成功的信息对瘤胃模拟装置进行测试；若不符合预设条件， 则继续接收用户的登录信息。

804、对瘤胃模拟装置的运行参数进行设置并将设置后的运行参 数发送至从机；运行参数包括排气压力、关气压力、搅拌速度、发 酵温度以及液相稀释率；

具体的，运行参数为排气装置的排气压力和关气压力、搅拌装 置的搅拌速度、加热装置的加热温度以及缓冲液注入装置的注入容 量。

805、将所述瘤胃模拟装置的运行参数进行设置的设置结果写入 自身的存储器中；本实施例中的主机的存储器可以为SD(Secure  Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡)卡。

806、判断是否需要关机；若是，结束操作；若否则执行步骤 807。

807、判断是否需要启动从机；若是，则执行步骤808；若否则 回到步骤806。

808、向从机发送携带有预设运行参数及运行参数数值的数据采 集指令，以便所述从机根据所述采集指令对预设发酵参数进行采集。

809、接收从机发送的预设发酵参数；所述预设发酵参数包括： 发酵罐内容物的氢离子浓度指数PH、发酵罐内容物的发酵温度、发 酵罐内气体的压力、发酵罐内气体的CO₂浓度和发酵罐内气体的 CH₄浓度。

810、接收从机发送的预设发酵参数，并将所述从机数据写入自 身的存储器中。

811、将预设发酵参数发送至计算机上，以便计算机对预设发酵 参数进行处理和显示，以及控制其自身的液晶屏显示预设发酵参数。

812、实时监测缓冲液注入装置中的液位高度，并在检测到液体 储存器中的液位低于预设液位值时，控制报警装置报警。

本发明实施例提供的瘤胃模拟装置的控制方法，其与现有技术 的瘤胃模拟系统均不理想相比，其预先设置好排气装置的排气压力 和关气压力、搅拌装置的搅拌速度、加热装置的加热温度以及缓冲 液注入装置的注入容量，并控制瘤胃模拟系统根据上述设置进行配 置，以使得瘤胃模拟装置进行更好的模拟发酵，用以实现整个瘤胃 模拟装置的下列效果：

1、瘤胃内容物液相和固相以不同的速率外排；

2、在不影响发酵罐内环境的前提下排出发酵产生的气体并准确 记录产气量；

3、减少发酵食糜在发酵罐内的积累，用以更好的模拟反刍动物 瘤胃蠕动、吸收和发酵终产物的外排功能。

本发明实施例所提供的进行瘤胃模拟装置的控制方法的计算机 程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序 代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实 现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁， 上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法 实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、 装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例 仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划 分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件 可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不 执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信 连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接， 可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分 开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可 以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实 际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目 的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处 理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以 上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销 售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样 的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部 分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算 机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计 算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本 发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包 括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、 随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘 等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。