基于ARM的生物發(fā)酵智能控制系統(tǒng)設(shè)計

2.26萬字
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摘要 生物發(fā)酵隨著科技的發(fā)展,已經(jīng)成為服務人類生活的一項重要的產(chǎn)業(yè).現(xiàn)在各個領(lǐng)域中都可以看到它的身影：制藥、食品、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及化工等。而傳統(tǒng)的生物發(fā)酵的控制技術(shù)已經(jīng)逐步淡出人們的視線，取而代之的是利用各種控制系統(tǒng)對發(fā)酵過程進行準確精準的控制，大幅度的提高了發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)物的產(chǎn)量以及質(zhì)量。
本文根據(jù)生物發(fā)酵過程中需要控制的三個主要參數(shù)：溫度、PH值、DO值來設(shè)計一個能夠控制多臺發(fā)酵罐并且基于以太網(wǎng)通信的生物發(fā)酵控制系統(tǒng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)脫機控制，確保了控制過程的獨立性。
基于32位ARM架構(gòu)的嵌入式微處理器以其優(yōu)越的性能得到了很好的推廣，在各種控制領(lǐng)域內(nèi)的應用的研究也越來越熱?；诖吮尘埃疚脑O(shè)計的系統(tǒng)下位機的硬件平臺使用基于S3C2410的ARM處理器，軟件設(shè)計基于嵌入式linux操作系統(tǒng)。從工業(yè)通信的發(fā)展趨勢來看，采用更加高效、方便、快捷的通信方式乃是必然，因此，本文設(shè)計的系統(tǒng)基于以太網(wǎng)通信，能夠在下位機與上位機之間建立一條可靠的通信通道，并由此實現(xiàn)對多臺發(fā)酵罐的集散控制。
本文介紹了微生物發(fā)酵及其控制以及以太網(wǎng)通信的相關(guān)內(nèi)容，在這些知識的基礎(chǔ)上，設(shè)計微生物發(fā)酵的智能控制系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容有：（1）基于ARM的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計，包括控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)的選擇、ARM處理器外圍接口開發(fā)以及輸入/輸出通道的設(shè)計；（2）控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括上位機中軟件設(shè)計（服務器模塊）以及下位機中軟件設(shè)計（客戶端模塊）。
關(guān)鍵詞：發(fā)酵 嵌入式系統(tǒng) 智能控制 以太網(wǎng)通信 集散控制

The Design Of Intelligent Control System For Biological Fermentation Based On ARM
Abstract With the development of technology, bio-fermentation has become an important industry in serve humans daily life. Now we can see it’s shadow in various fields:the pharmaceutical, food, agriculture and chemical. While the traditional fermentation control technology has been gradually fade out of human’s sight. While instead is using variety of control systems for accurate control in fermentation process, and this caused greatly improve on the yield and quality of the fermentation industry products.
This article designed a control system for multiple fermenter based on three main parameters need to be control:the temperature, PH value, DO values, and this control system also based on Ethernet communication technology. The system can work offline, and this ensured the independence of the control process.
32-bit ARM embedded microprocessor has got a good promotion based on its superior performance. Research on the applications of ARM in various control areas are getting hotter and hotter. Based on this background, the hardware platform of the system’s lower machine designed in this article are using S3C2410 ARM processor, the design of software are based on embedded linux operation system. From the perspective of the development trend of industrial communications, the use of efficient.convenient and fast means of communication mode is inevitable. Therefore, this article design a system based on Ethernet communications, this build a reliable communication channel between the lower machine and PC, and so we can realize the distributed control on multiple fermenter.
This article described the microorganisms fermentation and it’s control and Ethernet communication.based on the knowledge,we designed the intelligent control system of microorganisms fermentation. The main contents of this article are:(1)the design of ARM-based embedded system.including the control system’s structure, selecting of embedded system, the development of ARM processor’s peripheral interface, and design of input/output channel; (2) design of the control system’s software, including the upper machine’s software(server module) and the lower machine’s software(client module).
Keywords fermentation embedded system intelligent control Ethernet communication distributed control

目 錄
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的背景與意義 1
1.2 我國生物發(fā)酵智能控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 2
1.3 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點 3
1.3.1 主要研究內(nèi)容 3
1.3.2 創(chuàng)新點 3
第二章 微生物發(fā)酵及其控制 4
2.1 微生物發(fā)酵 4
2.1.1 微生物的營養(yǎng) 4
2.1.2 微生物的生長 4
2.1.3 影響微生物生長的因素 6
2.2 微生物發(fā)酵系統(tǒng) 7
2.2.1 微生物發(fā)酵系統(tǒng) 7
2.2.2 微生物發(fā)酵過程中的影響因素 8
2.2.3 微生物發(fā)酵過程控制 8
2.3 發(fā)酵罐控制系統(tǒng) 10
2.3.1 發(fā)酵罐控制系統(tǒng)的控制方式 10
2.3.2 發(fā)酵罐控制系統(tǒng)控制內(nèi)容 11
2.4 本章小結(jié) 12
第三章　基于ARM的以太網(wǎng)通信方式 14
3.1 工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的發(fā)展 14
3.1.1分布式控制系統(tǒng) 14
3.1.2現(xiàn)場總線技術(shù) 14
3.1.3工業(yè)以太網(wǎng) 15
3.2 工業(yè)以太網(wǎng)控制技術(shù)簡介 15
3.2.1介質(zhì)訪問控制協(xié)議 15
3.2.2工業(yè)以太控制網(wǎng)絡分層模型 17
3.2.3工業(yè)以太控制網(wǎng)絡的相關(guān)協(xié)議 17
3.3 基于ARM的以太網(wǎng)通信實現(xiàn) 18
3.3.1采用協(xié)議 18
3.3.2 Socket編程原理 19
3.4 本章小結(jié) 20
第四章 基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 21
4.1 基于ARM的生物發(fā)酵智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 21
4.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 21
4.1.2 上位機主要功能 22
4.1.3 下位機主要功能 23
4.1.4 通訊功能 23
4.2 嵌入式系統(tǒng)的選擇 23
4.2.1嵌入式處理器的選擇 23
4.2.2嵌入式Linux操作系統(tǒng) 26
4.3 ARM..