啤酒发酵计算机温度控制系统设计说明.doc

啤酒发酵计算机温度控制系统设计说明 本文档旨在设计一个啤酒发酵计算机温度控制系统，旨在控制啤酒发酵过程中的温度，确保啤酒的质量和安全。本系统的设计需要结合计算机控制技术、程序设计、硬件电路设计等方面的知识，实现一个综合的自动控制系统。 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。 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，如以下图所示。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正确状态，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）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。 3.2 主要器件选择与简介 3.2.1 单片机 AT89S52 AT89S52 的引脚分布如图 3-2 所示。 3.2.2 温度传感器 DS18B20 DS18B20 的引脚图如图 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 的部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。全部传感元件与转换电路集成在形如一只二极管的集成电路，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。 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，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