啤酒发酵计算机温度控制系统设计.doc

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： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 目录 一、课程设计目的和任务 3 二、课程设计的要求 3 2.1啤酒发酵工艺简介 3 2.2系统控制要求 4 三、硬件总体设计方案 5 3.1概述 5 3.2主要器件选择及简介 5 3.2.1单片机AT89S52 5 3.2.2温度传感器DS18B20 6 3.2.3LED显示驱动MAX7219 7 3.3功能电路设计 7 3.3.1测温电路 7 3.3.2显示与按键电路设计 8 3.2.3按键电路设计 9 3.3.4报警电路设计 10 3.3.5接口电路设计 11 四、系统软件设计 13 4.1系统构成 13 4.1.1主程序MAIN 14 4.1.2采样程序模块 15 五、 控制算法模糊PID 16 六、实验结果 19 七、心得体会 19 八、参考文献 19 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(E2