微生物发酵过程远程监控与分析系统研发

论文摘要

本论文研究内容为天津市科委项目“微生物发酵过程远程监控系统”的一部分。本论文论述了微生物发酵系统的设计方案及实现过程。传统的发酵过程需要实验人员在发酵现场进行监控,发酵周期一般为二到三天。利用本系统可以实现在实验室监控发酵现场的状况,从而节省了相应的人力和财力。另一方面,随着计算机技术、多媒体技术、网络通讯技术以及数字图像压缩技术的迅速发展,远程监控技术日趋成熟,并且实现了由原来的模拟监控系统发展成为应用广泛的数字监控系统。其中,视频监控是远程监控中的最核心的部分。本系统采用VC++6.0和MATLAB进行程序设计,基于套接字编程、VFW视频采集等技术,实现了远程视频监控的功能,利用UDP协议进行视频数据传输,具有很好的时效性;同时基于TCP协议实现了文字消息传输的功能,保证了能够在发酵现场和实验室两地进行实时的沟通;系统还针对发酵现场出现的异常参数采集（包括温度、PH和溶氧值）,在远程端进行了命令控制传输,对异常参数进行及时地修改,使发酵过程顺利进行。该系统可以对发酵结果进行分析和整理,利用支持向量机的数学模型以及模式识别的基本原理,对发酵后的菌体量进行相应的预测,从而实现了对发酵过程进行更好的优化控制。传统的方法是利用BP神经网络对产物浓度进行预测,本文对这两种方法进行了结果对比,证明了在小样本情况下利用支持向量机方法具有更好的预测性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 绪论
• 1.2 微生物发酵过程控制概述
• 1.3 远程监控系统概述
• 1.4 本论文的主要工作及意义
• 1.4.1 论文的主要工作
• 1.4.2 论文的研究意义
• 2 微生物发酵过程远程监控系统总体设计
• 2.1 软件需求分析
• 2.1.1 系统建设的业务目标
• 2.1.2 软件总体功能
• 2.1.3 性能和功能要求
• 2.2 硬件设备及系统工作原理
• 2.2.1 硬件结构图
• 2.2.2 系统工作原理
• 2.2.3 系统硬件介绍
• 2.3 监控系统软件总体设计
• 2.3.1 软件总体设计
• 2.3.2 系统运行环境
• 2.3.3 软件界面
• 3 微生物发酵过程远程监控系统详细模块设计
• 3.1 视频图像采集与传输模块
• 3.1.1 基于VFW的视频图像采集技术
• 3.1.2 基于WinSock的网络编程
• 3.1.3 视频图像传输的具体实现
• 3.2 命令传输模块
• 3.3 文字消息传输模块
• 3.4 数据库功能说明
• 3.4.1 数据库设计功能概述
• 3.4.2 数据库结构设计
• 3.4.3 数据库功能实现
• 3.5 曲线绘制
• 3.5.1 曲线绘制类的构造
• 3.5.2 实时曲线绘制
• 3.5.3 历史曲线绘制
• 3.5.4 模型测试曲线绘制
• 4 基于支持向量机的微生物发酵过程建模与软测量
• 4.1 支持向量机基本原理概述
• 4.1.1 支持向量机回归
• 4.1.2 支持向量机建模与软测量
• 4.2 VC++6.0下调用MATLAB
• 4.3 支持向量机建模与软测量方法实现
• 4.3.1 微生物发酵实验过程
• 4.3.2 实验数据的获取
• 4.3.3 数据的预处理
• 4.3.4 模型的训练与测试
• 4.4 软测量结果的实验对比
• 5 软件安装与卸载
• 5.1 软件的安装
• 5.2 软件的卸载
• 6 总结与展望
• 7 参考文献
• 8 论文发表情况
• 9 专利及获奖
• 10 致谢