课程设计报告
题目：啤酒发酵计算机温度控制系统设计课程：
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一、课程设计目的和任务
《计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。
通过本课程设计，学生应学习并掌握：
1．掌握总线式工业控制机控制系统硬件方案设计，包括工业控制机、模拟输入、输出通道设计和元器件选型，掌握模拟量输入、输出通道及接口连接线路绘制。
2．掌握工业控制机控制系统软件方案（数学模型分析、控制策略、控制算法等）设计，掌握数据采集及处理程序、控制算法程序和模拟量输出程序流程图及软件编程。
这次课程设计的任务是：啤酒发酵计算机温度控制系统设计
二、课程设计的要求
2.1啤酒发酵工艺简介
啤酒发酵是一个复杂的生物化学过程，通常在锥型发酵罐中进行。在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定温度曲线，如下图所示。要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗和双乙酰等杂质含量达到最佳状态，必须严格控制发酵各阶段的温度，使其在给定温度的±0.5℃范围内。
2.2系统控制要求
（1）现要求控制1个200m3的锥形啤酒发酵罐，罐测量3个参数，即发酵罐的上、中、下三段温度，三段温度的测量范围：-20—+50℃，共有三个温度测量点，因此需检测3个参数。
(2)自动控制各个发酵罐中的上、中、下三段温度使其按上图所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。共有3个控制点。
（3）控制规律
被控对象可视为纯滞后的一阶惯性：
a、在恒温段采用增量型PI控制算法
b、在升温和降温段采用增量型PID控制算式
c、考虑被控对象为纯滞后的一阶惯性，还要采用施密斯（Smith）预估计控制算法。
（4）系统软件设计要求
a、数据采集程序:按顺序采集三个温度信号，每个信号采集5次并储存起来，采样周期为T=2s。
b、数字滤波程序
c、温度标度变换程序
d、给定工艺曲线的实时插补计算
e、控制算法①PID算式加特殊处理②施密斯（Smith)预估控制算式
三、硬件总体设计方案
3.1概述
根据设计要求可以得到系统的总体框图如下所示：
本系统主要由AT89S52单片机、温度采集电路、8155扩展电路、液晶显示接口、键盘接口、报警电路、DAC0832,电压放大和V/I转换等单元组成。
3.1 控制系统的硬件结构框图
3.2主要器件选择及简介
3. 2.1单片机AT89S52
AT89S52的引脚分布如图3-2所示。
图3-2 AT89S52引脚图
3. 2.2温度传感器DS18B20
DS18B20的引脚图如l图3-3所示。DS18B20遵循严格的单线串行通信协议，每一个DS18B20在出厂时都用激光进行了调校，并且具有唯一的64位序列号。DS18B20的内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只二极管的集成电路内，三端口分别是地线、数据和电容。其外围电路简单，可广泛应用于温度控制和温度测量系统中。
图3-3 DS18B20引脚图
图3-4 DS18B20内部功能框图
温度报警触发器和设置寄存器都由非易失性电可擦写存储器(E2PROM组成，设置值可以通过相应命令写入，一旦写入不会由于掉电而丢失。
3. 2.3LED显示驱动MAX7219
MAX7219是一种新型的串行LED数码管驱动器。它集BCD码译码器、多路扫描仪、段驱动和位驱动于一体，内含8X8位双口静态SRAM，每片最多可驱动8个LED数码管。它与微机的接口十分简单，仅用3根线即可实现多位数码管的显示。MAX7219与数码管可以直接相连，不用三极管驱动和大量限流电阻，也不用译码器、锁存器和其它硬件电路。因此MAX7219成为仪表、仪器LED显示的首选接口电路芯片。
MAX7219的引脚图和引脚说明分别如图3-8和表3-6所示。
图3-8 MAX7219引脚图
3.3功能电路设计
3. 3.1测温电路
根据本控制系统的实际需要，然后再考虑到DS18B20独特的单总线接口、多点组网功能以及很高的测温精度。本温度检测系统是由AT89S52组成的控制模块和3个温度传感器DS18B20组成的检测电路组成的。具体连接电路如图3-9所示。
DS18B20与单片机的接口非常简单，可以采用寄生电源供电方式，P1.0口接数据总线，为了保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可以用一个MOSFET管和AT89S52单片机的P1.1口来完成对总线的上拉。由于总线只有1根线，因此发送接收口必须是三态的。图3-9采用外部电源供电方式，P1.0口接数据总线，只要在数据线上加一个4.7KΩ的上拉电阻，另外2个脚分别接电源和地，这种电路连接方式可靠、编程简单
3. 3.2显示与按键电路设计
人和单片机之间的对话是单片机应用系统中的一个必要的组成部分，主要包括键盘和显示这两部分。
3.3.2.1显示电路设计
显示电路系统是实现人机联系的主要途径。显示系统根据发酵罐内的反应情况，需要实时循环显示出三路冷却液温度、发酵罐温度、罐内压力、液位以及三
路阀门的准确位置，并在参数设定时显示更新的数据，同时LED显示器又承担对发酵罐内部温度反应工艺曲线的设定参数的显示任务，以达到更好的人机对话。
单片机通过LED驱动电路把显示值到数码管，通过译码选择某一个数码管显示温度值的某一位，可以动态循环扫描，软件实现方式显示设定值，动态显示的扫描频率一般在50Hz 以上，每个数码管能有 1 ms的导通时间，从而肉眼感觉不到闪烁。本课题采用一种基于
MAX7219芯片的LED串行显示技术。
LED显示是由Maxim公司生产的MAX7219来驱动的。MAX7219与单片机之间的数据传送最快最有效的方法是串行外设接口SPI，对不带SPI接口能力的单片机，需要软件合成SPI 操作与MAX7219接口。硬件连接电路如图3-10所示。其中AT89S52单片机的P 1.5口作串行数据输出。
3. 2.3按键电路设计
键盘是单片机应用系统中一个至关重要的部分。它能实现输入数据、传送命令等功能，是人工干预计算机的主要手段。图3-11为按键接口电路。
独立式按键就是各按键相互独立。八个键分别是日历时钟、温度时钟、启动时刻设定、定时时间设定、恒温设定、确认六个功能键和增、减数字两个控制键。
3. 3.4报警电路设计
图3-12是本系统温度报警器电路原理图。本电路由音乐片及外围原件构成。温度传感器采用测量范围为0~100℃的电接点玻璃温度计。温度计最大额定电压为36V，额定电流为20mA。音乐片采用MX-O 1或786153系列音乐片集成块。上限报警电路由IC2, VD5, VT1, VT2构成，下限报警电路由IC3, VD6, VT3,VT4等构成。两只电接点玻璃温度计分别设定在上下限温度给定值，并插在被检测系统的有关部分，将温度计电极分别接在上下限温度控制点SKD1和SKD2上。
啤酒发酵罐内部麦汁温度正常时，接在SKD1的电接点温度计开路，VT1基极无偏流而截止，发光二极管VD5不发光，音乐片IC2不被触发;接在SKD2上的控制下限温度的电接点温度计接通，VT3基极和发射极短路，Ib等于零，VT3截至，发光二极管VD6不亮，IC3音乐片不触发。这时，上下限报警电路均不做声。
如果被检测系统的温度达到上限给定的值，上限控制接点SDK2接通，由电阻R2提供偏流，使晶体管VT1导通，上限发光二极管VD5发光报警，同时VT1触发音乐片IC2的2脚，使3脚输出音频电流，通过晶体管VT2放大，推动扬声器BY发出音乐报警声。如果被检测系统的温度还没有调节到低于上限给定值，声光报警信号始终不止。
如果被检测系统温度低于下限给定值，与上面情况相反。电源采用220V交流电路电容C1降压。VD1-VD2桥式整流，电容C2滤波，三端稳压集成块IC1稳压后，输出5 V直流电压，1.5A电流。由于电压绝大部分降到电容C1上，所以，C1取值基本上取决于输出电流
值。C1要求耐压大于400V其容量按音乐片最大工作电流计，选择3uF。
为了使音乐片声音宏亮，VT2和VT4选用中功率晶体管，如3DG12B等，β≥80左右。IC2和IC3可公用一个扬声器，选4Ω或8Ω电动扬声器。
为区别上下限温度报警。VD5和VD6选用两种颜色的发光二极管，一般上限的选红色的，下限的选绿色的较好一些。
3. 3.5接口电路设计
3. 3. 5. 1与上位机通讯接口
为了提高整个温度控制系统的管理和控制能力，许多厂家的整个啤酒发酵系统采用了主从分布式集散控制系统。
3. 3.5 .1.1RS-232C总线接口
RS232-C是目前最常用的串行接口标准，它的电气接口使用单端的、不平衡的发送器和接收器。RS232-C的传输电平采用负逻辑，规定+5V~+15V为逻辑“0"-5V}-15V为逻辑“1"，数据传输速率局限在20Kb/s以下。由于单片机和PC机的RS-232接口不能直接“握手”，必须进行电平转换。采用了自升压电平转换集成芯片ICL232。
图3-13 ICL232芯片管脚封装图
Fig.3-13 ICL232 CMOS chip feet encapsulation chart
3. 3. 5.1.2 RS-422总线接口
RS-422标准是美国电子工业防会于1978年公布的，是为了在本质上提高串行通讯电气特性，又在数据格式上与RS-232兼容。RS-422在发送端通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成分别为同相和反相的一对差分信号，在接收端通过传输线接收器把差分信号转换成逻辑电平。差分信号的差分电压低于某一闽值或高于某一闽值分别表示两个逻辑电平。
图3-14 DS3486芯片封装图3-15 DS3487芯片封装
作为单片机与上位机之间的以RS-422标准的接口，电路采用DS3486,
DS3487来对其电平转换器件。DS3487用于把单片机输出的TTL电平转换成RS-422电平，DS3486用于RS-422电平转换成单片机的TTL电平。它们具有三态控制的发送、接受驱动器，具有四个独立的接收器、发送器、遵从平衡/非平衡电压数字接口电路电气特性的EIA标准，输出为与74LS兼容的三态结构，当对应的输出控制引脚达到逻辑零条件时，被强制为高阻抗状态。DS3486的芯片管脚封装如图3-14所示，DS3487的外部封装如图3-15所示，其封装图与DS3486相似。
四、系统软件设计
4.1系统构成
本系统的软件由主程序MAIN、外部中断服务子程序JINT、定时/计数器TO中断服务子程序JTO、定时/计时器T1中断服务子程序JT1、串行中断服务子程序JSR、按键处理模块、显示模块、报警模块和读数据子程序RDBYT，写数据子程序WRBYT等构成。其中外部中断服务子程序JINT中又包括数据采集模块、数据处理模块、PID计算子程序。各模块功能说明如下:
主程序模块:完成系统的自检、初始化和协调各功能模块工作。
外部中断服务子程序JINT:在这个中断服务程序部分里要完成对被测量的读取、变换、Fuzzy-PID计算和限幅任务。主要由数据采集模块、数据处理模块、Fuzzy-PID计算子程序来完成。
定时/计数器TO:完成对系统运行时间的计时。
串行口中断服务子程序JSR:其主要是接收来自集散控制系统的主机的信息，向主机发送数据，实现从主机设定或修改每个发酵罐反映参数的功能和向主机提供集散控制管理的数据。
数据采集模块:完成定时采集上、中、下三层温度、压力的液位及四个阀门工作状态、数据的数字滤波、数据格式转换及存储;对测量值进行判断是否超过限值，利用发光二极管指示工作状态和超限报警信号。
数据处理模块:判断当前的测量值处于发酵工艺曲线的哪一段折线上，然后根据相应的线性化公式计算出此次采样的线性值。根据采集的数据与设定值的误差进行Fuzzy-PID 运算，计算出阀门的开度，从而输出相应的控制量。
Fuzzy-PID计算子程序:根据测量值与设定值的偏差，利用Fuzzy-PID运算
公式，计算出系统应输出的控制量。
按键处理模块:在发酵的最初阶段，需要对发酵过程中的温度按照控制工艺要求进行相应的设定，需要输入3层温度随时间的变化关系，参数设定权限的密码系统的PID参数。另外还要进行运行的开始与停止空罐降温和洗罐等命令的操作等。
显示模块:根据采样所得的结果，要求对采样结果进行实时显示，以及输入参数的显示，对当前输入位进行闪烁显示，对操作进行提示。
读数据子程序RDBYT，写数据子程序WRBYT:实现单片机与串行EZPROM的数据传递功能，作为整个装置掉电之后的保护措施。
4. 1.1主程序MAIN
图4-1主程序流程图
主程序的具体要求简述如下:
①定义系统运行过程中所需要的变量，以及显示器需要的段码;
②分配硬件系统所拥有的相关资源，如寄存器、ROM、中断资源和堆栈等;
③完成系统的自检;
④在程序运行过程中，按照发酵工艺的要求，依次完成对系统各模块的调
用，并将结果提供给用户参考;
⑤在各模块调用过程中，实现调用过程的现场保护，以确保子程序运行完
成返回主程序时能够正确执行;
⑥保存系统运行过程中的必要参数，如发酵工艺参数，密码等。
4. 1.2采样程序模块
采样模块主要包括模数转换控制和数字滤波两个部分。系统中所使用的ADC是与SPI 总线相兼容的串行接口，而AT89S52单片机内没有提供这一类串行口。于是，在本系统的具体实施中采用了并行口线的位控方式，用软件来仿真SPI的时序。这种方法可以减少硬件的开销，是典型的以“以软代硬”的做法。其缺点是程序相对比较复杂，目_运行速度有所限制。不过，由于本系统对采样速度要求不高，因此对本系统不会造成影响。
在数字滤波中使用较多的是算术平均值法和中值法。为此，在本系统的温度检测过程中采用了中值平均数字滤波，通过软件对输入的数据进行必要的处理运算。具体流程如图4-2所示，连续采集50次同一通道的温度值，去掉其中10个最大值和10个最小值，然后计算中间的30个数据的平均值。此方法的实质是先用中值滤波的原理除去尖脉冲干扰引起的误差，然后把剩下的采样数据进行算术平均，这样就融合了算术平均值法和中值滤波法的优点。
图4-2数字滤波流程图
五、控制算法模糊PID
本文仿真所采用的数学模型由参考文献[15]所提供，即罐高度为8m，直径为5 m时的露天发酵罐。利用本文所设计的控制系统仿真实验参考文献中的数学模型，从而可以验证本文设计控制系统的可行性。在发酵罐内部的上、中、下三段设置有三段蛇形管，相应地设立上、中、下三个测温点和三个电磁阀。发酵前期和后期的数学模型分别为G1和G2。其具体公式为:
仿真主程序如图5-1所示
图5-1仿真主程序图
Fig.5一1 Simulate main program
仿真结果
Fig.5-2 Simulate temperature curve in the prophase ferment
发酵前期，以上、中部温度为被控量，发酵罐的压力等其它工况正常的情况下仿真结果如图5-3所示。
由发酵前期仿真结果看出，中部与上部温度基本相同，满足工艺要求，即上、中温度保持均衡，抑制发酵液的对流有利于降糖及双乙酞还原。
发酵后期，以中、下部温度为被控制量，其仿真结果如图5-3所示。
图5-3发酵后期仿真温度曲线
Fig.5一3 Simulate temperature curve in the anaphase of beer fermentation 发酵工艺要求一旦双乙酞符合工艺指标，就可以对发酵液进行冷却操作，使酵母沉淀即进入发酵后期的控制。这时，为了加快酵母的沉淀而不使其悬浮，应使罐内发酵液上面热下面冷，即下部温度要低于中、上部温度，由发酵后期仿真结果图5-3可以看出，中、下温差约为30℃，可以满足工艺要求，另由发酵罐的结构决定了其内中、上部具有相同的温度场，所以在发酵后期，上部阀门采取与中部阀门相同的控制策略。
由仿真结果图可以看出，本文所提出的控制策略能够使发酵罐内部麦汁温度从开始的不符合发酵工艺要求的温度平稳的过渡到符合工艺要求的温度，基本满足发酵工艺的要求，并在400h左右时趋于稳定状态，从而保证了该控制策略的实用性和有效性。
六、实验结果
本论文在硬件结构设计上，以AT89S52单片机为核心，单片机外围配备相应的硬件电路，从而组成了以单片机为核心的啤酒发酵罐温度控制系统。由于本系统负责采集和控制发酵罐上、中和下三路温度，因此本系统实际上是一个多路温度测控系统调节装置，从而排除了硬件组成分立元件多、体积大、可靠性差及口常维护量大的缺点。本系统硬件电路简单、软件丰富，调试、修改方便，可以方便地实现现代化控制规律和多种功能，为实验室设备的升级换代提供了方便。由于本系统可靠性高，调试简单，可以作为一种先进的啤酒发酵温度控制方法来取代现在常用的单路检测量监控系统。
在控制策略上，由于本啤酒发酵温控系统的非线性、强祸合、结构参数变化范围较大的特点，如果采用常规的PID经典控制理论，那么就会使整个系统的参数整定困难、工况适应能力低。因此本系统在对发酵罐被控对象做具体分析的基础上，引进模糊控制和PID经典控制理论相结合，使这两种控制策略的优势互补，并从模糊数学基础、常规模糊控制器设计与实现和常规多变量解祸方法等方面做了系统介绍。
七、心得体会、遇到问题解决问题
课程设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的一个程序的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、对程序整体的把握等其他能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。这是我们都希望看到的也正是我们进行课程设计的目的所在。
虽然设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种组件的运用，各种算法的应用，各种控件的利用我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并逐步掌握的。和老师以及同学的沟通交流更使我对程序整体的规划与设计有了新的认识也对自己提出了新的要求
八、参考文献
[1] 于海生.微型计算机控制技术[M].北京.清华大学出版社.2009.9
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[3] 程殿林，王亚楠.啤酒生产技术[M].北京:化学工业出版社，2005: 1-7
一、被控对象工作原理及结构特点等 发酵工程是应用生物（主要是微生物）为工业大规模生产服务的一门工程技术，也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。 发酵反应器（发酵罐）是发酵企业中最重要的设备。发酵罐式必须具有适宜于微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高产量。例如，发酵罐的结构应尽可能简单，便于灭菌和清洗；循环冷却装置维持适宜的培养温度；由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同，培养或发酵条件又各有不同，还要根据发酵工程的特点和要求来设计和选择发酵罐的类型和结构。 通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中，供给微生物所需的氧，气泡越小，气泡的表面积越大，氧的溶解速率越快，氧的利用率也越高，产品的产率就越高。通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、溢流喷射自吸式等多种类型。 机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用的类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和賿液充分混合促使氧在賿液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气，同时强化热量传递。无论是微生物发酵、酶催化或动物植物细胞培养的微生物工程工厂都应用此类设备，占目前发酵罐总数的70%～80%，常用语抗生素、氨基酸、有机酸和酶的发酵生产。机械搅拌通风发酵罐是属于一种搅拌釜式反应器，除用作化学反应和生物反应器外搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。加班容器包括筒体、换热原件及内构件、搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。 1.1温度对发酵的影响 微生物药品发酵所用的菌体绝大多数十中温菌，如丝状真菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40摄氏度。在发酵过程中，应维持适当温度，以使微生物生长代谢顺利进行。由于微生物的种类不同，所具有的酶系及其性质也不同，因此所要求的温度也不同，如细菌的生长温度大多比霉菌高。有些微生物在生长、繁殖和合成代谢产物等各个阶
PLC在啤酒发酵温度控制中的应用 概述 啤酒的发酵过程是在啤酒酵母的参与下，对麦汁的某些组成进行一系列代谢，从而将麦汁风味转变为啤酒风味的过程。啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一，也是一个极其复杂的在发酵罐内发生并释放大量热量的生化放热反应过程。由于这一过程中不仅麦汁中的可酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞酶分解为乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2），同时还产生一系列的发酵副产物，如：双乙酰，高级醇、醛、酸、酯等。这些代谢产物的含量虽然极少，但它们对啤酒质量和口味的影响很大，而这些中间代谢产物的生成取决于发酵温度。因此发酵过程是否正常和顺利，将直接影响到最终啤酒成品的质量。比如，发酵过程的温度若发生剧烈变化，不仅会使酵母早期沉淀、衰老、死亡、自溶，造成发酵异常，还直接影响到酵母代谢副产物组成，从而对啤酒酒体与风味，及啤酒胶体稳定性造成危害。所以发酵过程工艺条件的控制历来都受到酿酒工作者的高度重视。 过去啤酒发酵过程中各种工艺参数的控制，多用常规表显示，人工现场操作调节，手工记录来实现。然而随着啤酒产量的不断增大，发酵罐数量逐步增多（有的厂已达30～40个），倘若仍然沿用常规办法，不仅会因仪表众多，给工人的生产操作造成极大的不便，而且还会因疏忽、错漏等人为原因，造成生产质量的不稳定，甚至发生生产事故。因此，设计用可编程控制器（PLC）自动控制啤酒的发酵温度。 一啤酒发酵过程控制 1 被控对象 啤酒发酵是在发酵罐中静态进行的，它是由罐体、冷却带、保温层等部件组成。发酵罐的形状一般为圆锥状，容积较大，大部分在100m3（我国的啤酒发酵罐容积在120m3～500m3）以上。啤酒发酵要严格的按着工艺曲线进行，否则就会影响啤酒质量。为了有利于热量的散发，在发酵罐的外壁设置了上、中、下三段冷却套，相应设立上、中、下三个测温点和三个偏心气动阀，通过阀门开度调节冷却套内的冰水流量以实现对酒体温度的控制。以阀门开度为控制量，酒体温度为被控量，相应有3个冷媒阀门，通过控制流过冷却带的冷媒流量，控制发酵罐的温度。在发酵的过程中，温度在不断的升高，当达到上限温度时，要打开制冷设备，通过酒精在冷却管内循环使罐内的温度降下来。当发酵温度低于工艺要求的温度时，关闭冷媒，则啤酒按工艺要求继续发酵，整个发酵过程大约20多天完成。因此，控制好啤酒发酵过程中温度及其升降速率是决定啤酒质量和生产效率的关键。 2 啤酒发酵温度曲线 啤酒发酵工艺曲线如图1所示，包括自然升温、高温恒温控制、降温及低温恒温控制等三个阶段。在前期的自然升温阶段基本上不需要加以控制，这是由于啤酒罐发酵过程中，升温是靠发酵本身产生的热量进行的，任其自然升温；在恒温阶段，通过控制冷媒开关阀，保持发酵罐内温度恒定；在降温阶段，通过控制冷媒开关阀，以指定速率降温。
发酵工程课程设计 设计说明书 45M 3机械搅拌通风发酵罐的设计 起止日期： 2013 年 12 月 30 日 至 2014 年 1 月 5 日 包装与材料工程学院 2013 年12 月 31 日 目 录 学生姓名 金辉 班级 生物技术111班 学号 成 绩 指导教师(签字)
第一章前言 发酵罐，指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒，其容积在1m3至数百m3。在设计和加工中应注意结构严密，合理。能耐受蒸汽灭菌、有一定操作弹性、内部附件尽量减少（避免死角）、物料与能量传递性能强，并可进行一定调节以便于清洗、减少污染，适合于多种产品的生产以及减少能量消耗。 用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气，并为考虑通入空气的利用率，故在发酵罐结构上较为复杂，常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。 乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程，发酵罐采用了无菌系统，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的纯正，罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套，可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为实验室小型发酵罐、中试生产发酵罐、大型发酵罐等。 发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头（或雏形）均采用旋压R角加工，罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP清洗喷头，人孔等装置。发酵罐的分类:按照发
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
啤酒发酵过程的研究 专业班级： 作者： 学号： 指导老师：
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮 料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主 要原料﹐经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。 啤酒一般典型特征表现在多方面。在色泽方面﹐大致分为淡色﹑浓色和 黑色3种﹐不管色泽深浅﹐均应清亮﹑透明无浑浊现象﹔注入杯中时形成泡 显﹐且酒体爽而不淡﹐柔和适口﹐而浓色啤酒苦味较轻﹐具有浓郁的麦芽香 味﹐酒体较醇厚﹔含有饱和溶解的CO2﹐有利于啤酒的起泡性﹐饮用後有一 种舒适的刺激感觉﹔应长时间保持其光洁的透明度﹐在规定的保存期内﹐不 应有明显的悬浮物。 啤酒发酵过程是指啤酒酵母在一定条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而 进行的正常生命活动，而啤酒就是啤酒酵母在生命活动之中所产生的产物。由 于酵母菌类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味等的不同，造成发酵方式 也不相同。 1、啤酒发酵的过程方法和注意事项 1．1 酵母扩大培养的目的 啤酒酵母扩大培养是指从斜面种子到生产所用的种子的培养过程。酵母扩培 的目的是及时向生产中提供足够量的优良、强壮的酵母菌种，以保证正常生产 的进行和获得良好的啤酒质量。一般把酵母扩大培养过程分为二个阶段：实验 室扩大培养阶段（由斜面试管逐步扩大到卡氏罐菌种）和生产现场扩大培养阶 段（由卡氏罐逐步扩大到酵母繁殖罐中的零代酵母）。扩培过程中要求严格无 菌操作，避免污染杂菌，接种量要适当。 1.2 啤酒酵母扩大培养的方法 1.2.1实验室扩大培养阶段 斜面原菌种 --→斜面活化 --→ 10ml液体试管 --→ 100ml培养 瓶 --→ 1L培养瓶 25℃，3～4天25℃，24～36h 25℃， 24h 20℃,24～36h --→ 5L培养瓶 --→ 25L卡氏罐 16～18℃,24～36h 14～16℃，36～48h ⑵生产现场扩大培养阶段 25L卡氏罐→ 250L汉生罐→ 1500L培养罐→ 100hL培养 罐→ 20m3繁殖罐 12～14℃，2～3天 10～12℃，3天 9～11℃，3 天 8～9℃，7～8天 --→0代酵母 1.2.2酵母扩培要求： 酵母扩培是基础，只有培养出来高质量的酵母，才能生产出好的啤酒。扩培必须保
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日
郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日
本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器
题目：发酵罐温度控制系统设计
课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：Array 注：成绩：平时40% 论文质量40% 答辩20% 以百分制计算
摘要 本题要设计的是温度控制系统，发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此，对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。 本课题设计了发酵罐温度控制系统，选择的传感器为Cu100，由于信号很小，所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波，然后将处理后的电压信号经过V/I转换，输出4~20mA的电流信号，最后进行仿真分析以及参数的计算，以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。 本系统应用温度控制系统，有助于提高发酵效率，有助于提高工厂产值，并且可以使资源得到更充分的作用。 关键词：温度控制；PID控制器；V/I转换；比较机构
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1 概述 (2) 2.2 系统组成总体结构 (2) 2.3 传感器选择 (2) 第3章电路设计 (4) 3.1 传感器电路 (4) 3.2 比较机构电路 (7) 3.3 PID调节器并联实现电路 (7) 3.4 V/I转换电路 (8) 3.5 直流稳压电源电路 (9) 第4章仿真与分析 (10) 4.1 传感器电路仿真 (10) 4.2 PID控制器电路 (11) 4.3 V/I转换电路 (12) 第5章课程设计总结 (14) 参考文献 (15) 附录Ⅰ (16) 附录Ⅱ (18) 附录Ⅲ (20)
第1章绪论 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉、发酵罐和锅炉中的温度进行检测和控制。 本次课设要求设计发酵罐的温度控制系统。发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响：它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制，除这些直接影响外；温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度；基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。 并且现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子等。而发酵过程是酵母在一定的条件下，利用可发酵性物质而进行的正常生命活动。 发酵工程是应用生物（主要是微生物）为工业大规模生产服务的一门工程技术，也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 在发酵罐温度控制系统中应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器是工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术也难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时，应用PID控制技术最为方便。采用PID算法进行温度控制，它具有控制精度高，能够克服容量滞后的特点，特别适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。 本次课设要求自行设计模拟式PID控制器，通过与前面传感器测定的发酵罐温度产生的电压信号进行比较，转换为输出时的4~20mA电流信号来对冷水阀门开度进行控制，采用冷水法对发酵罐进行降温，以达到对发酵罐温度进行控制的目的。参数要求测定范围是30℃~50℃，测量精度为±0.5℃，以此作为对温度传感器的选择依据。
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could
啤酒发酵操作程序和注意事项 1．酵母扩大培养的目的 啤酒酵母扩大培养是指从斜面种子到生产所用的种子的培养过程。酵母扩培的目的是 及时向生产中提供足够量的优良、强壮的酵母菌种，以保证正常生产的进行和获得良好的啤 酒质量。一般把酵母扩大培养过程分为二个阶段：实验室扩大培养阶段（由斜面试管逐步扩 大到卡氏罐菌种）和生产现场扩大培养阶段（由卡氏罐逐步扩大到酵母繁殖罐中的零代酵母）。 扩培过程中要求严格无菌操作，避免污染杂菌，接种量要适当。 2．啤酒酵母扩大培养的方法 ⑴实验室扩大培养阶段（示例） 斜面原菌种 --→斜面活化 --→ 10ml液体试管 --→ 100ml培养 瓶 --→ 1L培养瓶 25℃，3～4天25℃，24～36h 25℃， 24h 20℃,24～36h --→ 5L培养瓶 --→ 25L卡氏罐 16～18℃,24～36h 14～16℃，36～48h ⑵生产现场扩大培养阶段 25L卡氏罐→ 250L汉生罐→ 1500L培养罐→ 100hL培养 罐→ 20m3繁殖罐 12～14℃，2～3天 10～12℃，3天 9～11℃，3天 8～ 9℃，7～8天 --→0代酵母 （2）酵母扩培要求： 酵母扩培是基础，只有培养出来高质量的酵母，才能生产出好的啤酒。扩培必须保证两点： ①原菌种的性状要优良； ②扩培出来的酵母要强壮无污染。扩培在实验室阶段，由于采用无菌操作，只要能遵守操作技术和工艺规定，很少出现杂菌污染现象。进入车间后，如卫生条件控制不好，往往会出现染菌现象，所以扩培人员首先无菌意识要强，凡是接种、麦汁追加过程所要经过的管路、阀门必须用热水或蒸汽彻底灭菌，室内的空气、地面、墙壁也要定期消毒或杀菌，通风供氧用的压缩空气也必须经过0.2μm的膜过滤之后才能使用。同时充氧量要适量，充氧不足酵母生长缓慢，充氧过度会造成酵母细胞呼吸酶活性太强，酵母繁殖量过大对后期的发酵不利的。一般扩培酵母在进入培养罐前每天要通氧三次，每次20分钟。发酵后的培养，要求麦汁中溶解氧9mg/L左右。最后，每一批扩培的同时还应对酵母的发酵度、发酵力、双乙酰峰值、死灭温度等指标进行检测，以便及时、正确掌握酵母在使用过程中的各种性状是否有新的变化。 （3）酵母的添加：酵母添加前麦汁的冷却温度非常重要。各批麦汁冷却温度要求必须呈阶梯式升高，满罐温度控制在7.5℃～7.8℃之间，严禁有先高后低现象，否则将会对酵母活力和以后的双乙酰还原产生不利的影响。同时要准确控制酵母添加量，如果添加量太小，则酵母增长缓慢，对抑制杂菌不利，一旦染菌，无论从口味还是双乙酰还原都将受到影响。添加量太小会因酵母增值倍数过大而产生较多的高级醇等副产物；添加量过大，酵母易衰老、自溶等，添加量控制在7‰左右。 （4）温度控制：在发酵过程中，温度的控制十分关键。根据菌种特性，采用低温发酵，高温还原。既有利于保持酵母的优良性状，又减少了有害副产物的生成，确保了酒体口味比较纯净、爽口。如果发酵温度过高，虽然可缩短发酵周期，加速双乙酰还原，但过高的发酵温度会使啤酒口味比较淡泊，
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
洛阳理工学院 计算机控制技术与应用课程设计 题目：发酵培养基温度控制系统设计 学生姓名： 学号： 班级： 专业：
摘要 本题要设计的是发酵培养基温度控制系统，发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此，对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。 本课题设计了发酵罐温度控制系统，选择的传感器为Cu100，由于信号很小，所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波，然后将处理后的电压信号经过V/I转换，输出4~20mA的电流信号，最后进行仿真分析以及参数的计算，以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。 本系统应用温度控制系统，有助于提高发酵效率，有助于提高工厂产值，并且可以使资源得到更充分的作用。 关键词：温度控制,PID控制器,V/I转换,比较机构
目录 前言........................................................................................ 错误！未定义书签。 1.1.1 发酵培养基简介 3 1.1.2工艺背景：................................................................ 错误！未定义书签。 1．2温度对发酵的影响...................................................... 错误！未定义书签。 1.2.1温度影响微生物细胞生长................................. 错误！未定义书签。 1.2.2温度影响产物的生成量..................................... 错误！未定义书签。 1.2.3温度影响生物合成的方向................................. 错误！未定义书签。 1.2.4温度影响发酵液的物理性质............................. 错误！未定义书签。 1.3、影响发酵温度变化的因素：..................................... 错误！未定义书签。 1.4发酵热的测定................................................................ 错误！未定义书签。 1.5最适温度的选择与发酵温度的控制............................ 错误！未定义书签。 1.5.1温度的选择....................................................................................... VII 2 培养基温度控制系统的设计.................................................. 错误！未定义书签。 2.1总体设计方案.............................................................................................. VII 2.1.1 系统总框图...................................................................................... VII 2．2硬件设计................................................................................................... V III 2.2.1温度采集电路.................................................................................. V III 2.2.2 PLC与计算机的通信......................................................................... I X 2.3软件部分......................................................................................................... X 3总结........................................................................................................................ X III 参考文献：............................................................................................................... X III
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
啤酒发酵机制及工艺控制 【本课程教学目标】 1、通过本节内容的学习，明白啤酒发酵的原理及如何控制发酵中的各种条件。 2、引导学生了解啤酒发酵的流程，感悟如何保证啤酒质量、提高啤酒产量。 3、让学生明白啤酒等食品的来之不易，学会珍惜一粥一饭。【本课程教学难点】 1、啤酒发酵过程中温度、时间、罐压等工艺条件的控制 2、啤酒发酵的操作步骤 【本课程教学重点】 1、啤酒发酵机制 2、啤酒发酵工艺条件控制 【本课程教学方法】 阅读、提问、讨论、总结分析 【本课程课时安排】2课时 【本课程教学过程】 一、导入 通过前面内容的学习，我们学习了酿造啤酒的原料及对原料的处理，还了解了酿造啤酒酵母的特性。今天，咱们一起学习一个很有意思的内容———如何酿造啤酒。
二、正课 1、啤酒发酵代谢主产物的形成 ①、提问：啤酒的主要成分是什么呢？ 讨论并归纳：酒精也叫乙醇 ②、提问：在课本中找出啤酒酵母是如何利用冷却的麦芽汁发酵生产啤酒的？ 讨论并归纳：麦芽汁的主要成分为C6H12O6 啤酒酵母利用C6H12O6在有氧条件下获得生命活动所需的能量，在无氧条件下生成啤酒主要成分C2H5OH。 反应式如下：有氧下C6H12O6+O2+ADP+Pi→H2O+CO2+ATP 无氧下C6H12O6+H2O→C2H5OH+CO2 2、啤酒发酵代谢副产物的形成 提问：找出啤酒发酵过程中产生的副产物及其对啤酒品质的影响 讨论并归纳： 代谢副产物含量过高对啤酒品质影响 双乙醇出现馊饭味 高级醇使啤酒有“后苦味”，出现“上头”现象 酯类使啤酒有不愉快的香味 醛类使啤酒有强烈的刺激性和辛辣感及腐败性气味含硫化合物对啤酒风味影响很大 总结：代谢副产物对啤酒品质有不良的影响，所以发酵过程中要严格控制代谢副产物的生产量。
基于单片机的温度控制系统设计报告
智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间:
目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第 1 页 （二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第 3 页 （三）软件设计------------------------------------------------------第 3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第 5 页 （二）步进电机电路------------------------------------------------- 第 5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页 （四）晶振复位电路--------------------------------------------------第 7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第 7 页 四、参考文献-------------------------------------------第 8 页 附录：程序清单------------------------------------------第 8 页
温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；