來源 |龍灣中學(xué)

熱烈祝賀

近日，溫州市第二十八屆中小學(xué)生科技節(jié)高中組 “數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新研究活動” 圓滿落幕?；顒右髮W(xué)生在真實(shí)生活情境中發(fā)現(xiàn)并提出問題，基于各種真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，最終得出結(jié)論或者解決實(shí)際問題。

賽事分為兩輪進(jìn)行：第一輪開展文檔篩選，第二輪進(jìn)行現(xiàn)場答辯。我校高三（6）班吳欽鑫、高二（14）班王品文，在鄭亞中老師指導(dǎo)下，憑借《面向生物過程模擬的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用驗(yàn)證》項(xiàng)目，從全市眾多優(yōu)秀作品中脫穎而出，以扎實(shí)的技術(shù)實(shí)力、創(chuàng)新的設(shè)計理念和精彩的現(xiàn)場答辯，斬獲一等獎第一名的優(yōu)異成績！這一成果既是學(xué)生科創(chuàng)能力的集中展現(xiàn)，更是我校 “拔尖創(chuàng)新人才項(xiàng)目” 育人模式的生動實(shí)踐。

項(xiàng)目分享

《面向生物過程模擬的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用驗(yàn)證》這一項(xiàng)目是跨學(xué)科融合創(chuàng)新的典型代表——將信息技術(shù)、生物工程、機(jī)械設(shè)計等多學(xué)科知識有機(jī)結(jié)合。

本研究旨在基于ESP32微控制器設(shè)計并開發(fā)一款智能化發(fā)酵罐控制系統(tǒng)，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)發(fā)酵過程中溫度與轉(zhuǎn)速控制精度低、響應(yīng)滯后、能耗高等問題。通過集成高精度溫度傳感模塊與閉環(huán)PID控制算法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐內(nèi)部溫度的毫伏級誤差恒溫調(diào)節(jié)；結(jié)合ESP32的PWM調(diào)速功能及電機(jī)驅(qū)動模塊，構(gòu)建轉(zhuǎn)速自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，確保不同發(fā)酵階段轉(zhuǎn)速參數(shù)的精準(zhǔn)執(zhí)行。借助ESP32的物聯(lián)網(wǎng)功能，系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測發(fā)酵環(huán)境數(shù)據(jù)并支持遠(yuǎn)程控制，有效提升微生物發(fā)酵過程的穩(wěn)定性與可控性，為模擬發(fā)酵生產(chǎn)提供低功耗、高精度的智能化控制解決方案。

發(fā)酵系統(tǒng)工作流程圖

發(fā)酵罐裝置實(shí)物圖

技術(shù)亮點(diǎn)

1.精準(zhǔn)控制體系：采用 ESP32-WROOM 模塊為主控制器，搭配 DS18B20 高精度溫度傳感器與閉環(huán) PID 控制算法，實(shí)現(xiàn) 30-60℃范圍內(nèi) ±1℃的恒溫控制，同時通過 L298N 電機(jī)驅(qū)動模塊與 PWM 調(diào)速功能，構(gòu)建 50-500r/min 的無級調(diào)速系統(tǒng)，扭矩波動≤5%，滿足不同發(fā)酵場景的精準(zhǔn)需求。

2.物聯(lián)網(wǎng)交互設(shè)計：搭建本地 Wi-Fi 熱點(diǎn)與 Web 控制界面，支持通過手機(jī)或電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控溫度、轉(zhuǎn)速等實(shí)時數(shù)據(jù)，參數(shù)修改響應(yīng)時間≤200ms，實(shí)現(xiàn) “隨時隨地精準(zhǔn)調(diào)控”，打破傳統(tǒng)發(fā)酵的空間限制。

3.低成本定制化方案：創(chuàng)新采用 3D 打印技術(shù)制作發(fā)酵罐頂蓋與支架，使用 PLA 耗材通過 Fusion360 建模優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)契合度與實(shí)用性；以純 HTTP 協(xié)議替代傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺，在降低開發(fā)門檻的同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，水冷散熱效率達(dá)45W，為中小型發(fā)酵實(shí)驗(yàn)提供高性價比解決方案。

應(yīng)用價值

該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于蘋果醋釀造、醬油模擬發(fā)酵、家庭酸奶制作等多個場景。在酸奶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)穩(wěn)定維持35℃恒溫環(huán)境，結(jié)合勻速攪拌功能使發(fā)酵更徹底，口感顯著提升；在醋酸菌發(fā)酵中，精準(zhǔn)控制 28-32℃最適生長溫度，有效提升代謝產(chǎn)物產(chǎn)量。

作品既滿足了高中生物發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求，也為家庭發(fā)酵與小型科研提供了可靠工具，實(shí)現(xiàn)了“學(xué)以致用、知行合一”。

參賽剪影

使用電烙鐵組裝發(fā)酵罐裝置

現(xiàn)場答辯

參賽學(xué)生與指導(dǎo)師鄭亞中賽前合影

育人密碼

學(xué)生的亮眼成績，離不開我校長期以來對“拔尖創(chuàng)新人才項(xiàng)目” 的系統(tǒng)化培養(yǎng)。學(xué)校以學(xué)術(shù)高中建設(shè)為核心，踐行 “因科施策、分類培養(yǎng)” 戰(zhàn)略，理科側(cè)重研究型課程，強(qiáng)化深度探究能力。學(xué)校提供的 3D 打印實(shí)驗(yàn)室、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室等硬件支持，以及 “4T 榕博共同體”、綜合實(shí)踐教研組、跨學(xué)科項(xiàng)目課題組等學(xué)習(xí)共同體，為師生的科創(chuàng)實(shí)踐提供了全方位、高質(zhì)量的保障。

在理科培養(yǎng)方面，學(xué)校側(cè)重研究型課程建設(shè)，強(qiáng)化學(xué)生深度探究能力，提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)。學(xué)生在項(xiàng)目推進(jìn)中，不僅熟練掌握了3D打印、ESP32編程、傳感器校準(zhǔn)等專業(yè)技能，更通過需求分析、方案設(shè)計、硬件搭建、反復(fù)測試等完整科研流程，錘煉了科學(xué)思維與創(chuàng)新能力。

未來，學(xué)校將持續(xù)深化拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，拓展跨學(xué)科課程資源，完善創(chuàng)新實(shí)踐平臺，鼓勵更多學(xué)生探索未知、勇于創(chuàng)新，在科學(xué)的道路上不斷前行！

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