啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程：專業(yè)：班級(jí):姓名:學(xué)號(hào)：一、課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)并掌握：1．掌握總線式工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，包括工業(yè)控制機(jī)、模擬輸入、輸出通道設(shè)計(jì)和元器件選型，掌握模擬量輸入、輸出通道及接口連接線路繪制。2．掌握工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)軟件方案（數(shù)學(xué)模型分析、控制策略、控制算法等)設(shè)計(jì),掌握數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制算法程序和模擬量輸出程序流程圖及軟件編程。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是：啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)的要求2。1啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在二十多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動(dòng)能力,生長(zhǎng)繁殖快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如下圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙酰等雜質(zhì)含量達(dá)到最佳狀態(tài),必須嚴(yán)格控制發(fā)酵各階段的溫度，使其在給定溫度的±0.5℃2。2系統(tǒng)控制要求 （1）現(xiàn)要求控制1個(gè)200m3的錐形啤酒發(fā)酵罐，罐測(cè)量3個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上、中、下三段溫度，三段溫度的測(cè)量范圍：—20—+50℃，共有三個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn),因此需檢測(cè)3個(gè)參數(shù)。(2）自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上、中、下三段溫度使其按上圖所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于±0.5℃(3）控制規(guī)律被控對(duì)象可視為純滯后的一階慣性：a、在恒溫段采用增量型PI控制算法b、在升溫和降溫段采用增量型PID控制算式c、考慮被控對(duì)象為純滯后的一階慣性，還要采用施密斯（Smith）預(yù)估計(jì)控制算法.（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求a、數(shù)據(jù)采集程序：按順序采集三個(gè)溫度信號(hào),每個(gè)信號(hào)采集5次并儲(chǔ)存起來(lái),采樣周期為T=2s。b、數(shù)字濾波程序c、溫度標(biāo)度變換程序d、給定工藝曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算e、控制算法①PID算式加特殊處理②施密斯(Smith)預(yù)估控制算式三、硬件總體設(shè)計(jì)方案3。1概述根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以得到系統(tǒng)的總體框圖如下所示：本系統(tǒng)主要由AT89S52單片機(jī)、溫度采集電路、8155擴(kuò)展電路、液晶顯示接口、鍵盤接口、報(bào)警電路、DAC0832，電壓放大和V/I轉(zhuǎn)換等單元組成。測(cè)溫點(diǎn)1測(cè)溫點(diǎn)1DS18B20測(cè)溫點(diǎn)2DS18B20測(cè)溫點(diǎn)3DS18B20液晶顯示電路鍵盤電路8155擴(kuò)展電路AT89S52單片機(jī)DACO832電壓放大V/I轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)閥報(bào)警電路3。1控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖3。2主要器件選擇及簡(jiǎn)介3.2。1單片機(jī)AT89S52AT89S52的引腳分布如圖3—2所示。圖3-2AT89S52引腳圖3。2.2溫度傳感器DS18B20DS18B20的引腳圖如l圖3—3所示。DS18B20遵循嚴(yán)格的單線串行通信協(xié)議,每一個(gè)DS18B20在出廠時(shí)都用激光進(jìn)行了調(diào)校，并且具有唯一的64位序列號(hào).DS18B20的內(nèi)部使用了在板(ON—BOARD)專利技術(shù).全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只二極管的集成電路內(nèi)，三端口分別是地線、數(shù)據(jù)和電容。其外圍電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于溫度控制和溫度測(cè)量系統(tǒng)中。圖3—3DS18B20引腳圖圖3—4DS18B20內(nèi)部功能框圖溫度報(bào)警觸發(fā)器和設(shè)置寄存器都由非易失性電可擦寫存儲(chǔ)器（E2PROM組成，設(shè)置值可以通過(guò)相應(yīng)命令寫入，一旦寫入不會(huì)由于掉電而丟失。3。2.3LED顯示驅(qū)動(dòng)MAX7219MAX7219是一種新型的串行LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器.它集BCD碼譯碼器、多路掃描儀、段驅(qū)動(dòng)和位驅(qū)動(dòng)于一體，內(nèi)含8X8位雙口靜態(tài)SRAM，每片最多可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED數(shù)碼管。它與微機(jī)的接口十分簡(jiǎn)單,僅用3根線即可實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼管的顯示。MAX7219與數(shù)碼管可以直接相連,不用三極管驅(qū)動(dòng)和大量限流電阻，也不用譯碼器、鎖存器和其它硬件電路.因此MAX7219成為儀表、儀器LED顯示的首選接口電路芯片.MAX7219的引腳圖和引腳說(shuō)明分別如圖3-8和表3—6所示.圖3-8MAX7219引腳圖3。3功能電路設(shè)計(jì)3。3。1測(cè)溫電路根據(jù)本控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，然后再考慮到DS18B20獨(dú)特的單總線接口、多點(diǎn)組網(wǎng)功能以及很高的測(cè)溫精度。本溫度檢測(cè)系統(tǒng)是由AT89S52組成的控制模塊和3個(gè)溫度傳感器DS18B20組成的檢測(cè)電路組成的。具體連接電路如圖3—9所示。DS18B20與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，可以采用寄生電源供電方式，P1。0口接數(shù)據(jù)總線，為了保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可以用一個(gè)MOSFET管和AT89S52單片機(jī)的P1.1口來(lái)完成對(duì)總線的上拉.由于總線只有1根線,因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。圖3-9采用外部電源供電方式,P1.0口接數(shù)據(jù)總線，只要在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)4.7KΩ的上拉電阻，另外2個(gè)腳分別接電源和地，這種電路連接方式可靠、編程簡(jiǎn)單3。3.2人和單片機(jī)之間的對(duì)話是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)必要的組成部分，主要包括鍵盤和顯示這兩部分.3。3。2.1顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系的主要途徑。顯示系統(tǒng)根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)的反應(yīng)情況,需要實(shí)時(shí)循環(huán)顯示出三路冷卻液溫度、發(fā)酵罐溫度、罐內(nèi)壓力、液位以及三路閥門的準(zhǔn)確位置，并在參數(shù)設(shè)定時(shí)顯示更新的數(shù)據(jù)，同時(shí)LED顯示器又承擔(dān)對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)部溫度反應(yīng)工藝曲線的設(shè)定參數(shù)的顯示任務(wù)，以達(dá)到更好的人機(jī)對(duì)話。單片機(jī)通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)電路把顯示值到數(shù)碼管，通過(guò)譯碼選擇某一個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值的某一位，可以動(dòng)態(tài)循環(huán)掃描，軟件實(shí)現(xiàn)方式顯示設(shè)定值，動(dòng)態(tài)顯示的掃描頻率一般在50Hz以上，每個(gè)數(shù)碼管能有1ms的導(dǎo)通時(shí)間,從而肉眼感覺(jué)不到閃爍.本課題采用一種基于MAX7219芯片的LED串行顯示技術(shù).LED顯示是由Maxim公司生產(chǎn)的MAX7219來(lái)驅(qū)動(dòng)的。MAX7219與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送最快最有效的方法是串行外設(shè)接口SPI,對(duì)不帶SPI接口能力的單片機(jī)，需要軟件合成SPI操作與MAX7219接口。硬件連接電路如圖3—10所示。其中AT89S52單片機(jī)的P1。5口作串行數(shù)據(jù)輸出。3。2.3按鍵電路設(shè)計(jì)鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的部分.它能實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。圖3—11為按鍵接口電路。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立。八個(gè)鍵分別是日歷時(shí)鐘、溫度時(shí)鐘、啟動(dòng)時(shí)刻設(shè)定、定時(shí)時(shí)間設(shè)定、恒溫設(shè)定、確認(rèn)六個(gè)功能鍵和增、減數(shù)字兩個(gè)控制鍵。3。3.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3-12是本系統(tǒng)溫度報(bào)警器電路原理圖。本電路由音樂(lè)片及外圍原件構(gòu)成.溫度傳感器采用測(cè)量范圍為0~100℃的電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)。溫度計(jì)最大額定電壓為36V，額定電流為20mA。音樂(lè)片采用MX-O1或786153系列音樂(lè)片集成塊。上限報(bào)警電路由IC2,VD5，VT1,VT2構(gòu)成,下限報(bào)警電路由IC3,VD6,VT3,VT4等構(gòu)成.兩只電接點(diǎn)玻璃溫度計(jì)分別設(shè)定在上下限溫度給定值，并插在被檢測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)部分,將溫度計(jì)電極分別接在上下限溫度控制點(diǎn)SKD1和SKD2上。啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部麥汁溫度正常時(shí)，接在SKD1的電接點(diǎn)溫度計(jì)開(kāi)路，VT1基極無(wú)偏流而截止，發(fā)光二極管VD5不發(fā)光,音樂(lè)片IC2不被觸發(fā);接在SKD2上的控制下限溫度的電接點(diǎn)溫度計(jì)接通，VT3基極和發(fā)射極短路，Ib等于零，VT3截至，發(fā)光二極管VD6不亮，IC3音樂(lè)片不觸發(fā)。這時(shí),上下限報(bào)警電路均不做聲。如果被檢測(cè)系統(tǒng)的溫度達(dá)到上限給定的值,上限控制接點(diǎn)SDK2接通，由電阻R2提供偏流，使晶體管VT1導(dǎo)通，上限發(fā)光二極管VD5發(fā)光報(bào)警，同時(shí)VT1觸發(fā)音樂(lè)片IC2的2腳，使3腳輸出音頻電流，通過(guò)晶體管VT2放大,推動(dòng)揚(yáng)聲器BY發(fā)出音樂(lè)報(bào)警聲。如果被檢測(cè)系統(tǒng)的溫度還沒(méi)有調(diào)節(jié)到低于上限給定值，聲光報(bào)警信號(hào)始終不止。如果被檢測(cè)系統(tǒng)溫度低于下限給定值，與上面情況相反。電源采用220V交流電路電容C1降壓。VD1—VD2橋式整流，電容C2濾波,三端穩(wěn)壓集成塊IC1穩(wěn)壓后，輸出5V直流電壓，1。5A電流。由于電壓絕大部分降到電容C1上，所以，C1取值基本上取決于輸出電流值.C1要求耐壓大于400V其容量按音樂(lè)片最大工作電流計(jì)，選擇3uF。為了使音樂(lè)片聲音宏亮，VT2和VT4選用中功率晶體管，如3DG12B等,β≥80左右。IC2和IC3可公用一個(gè)揚(yáng)聲器，選4Ω或8Ω電動(dòng)揚(yáng)聲器.為區(qū)別上下限溫度報(bào)警。VD5和VD6選用兩種顏色的發(fā)光二極管,一般上限的選紅色的，下限的選綠色的較好一些。3。3。5接口電路設(shè)計(jì)3。3。5.1與上位機(jī)通訊接口為了提高整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的管理和控制能力，許多廠家的整個(gè)啤酒發(fā)酵系統(tǒng)采用了主從分布式集散控制系統(tǒng)。3。3.5。1.1RS—232C總線接口RS232—C是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它的電氣接口使用單端的、不平衡的發(fā)送器和接收器。RS232-C的傳輸電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+5V~+15V為邏輯“0”—5V｝—15V為邏輯“1",數(shù)據(jù)傳輸速率局限在20Kb/s以下。由于單片機(jī)和PC機(jī)的RS—232接口不能直接“握手”，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。采用了自升壓電平轉(zhuǎn)換集成芯片ICL232。圖3-13ICL232芯片管腳封裝圖Fig。3-13ICL232CMOSchipfeetencapsulationchart3。3。5.1。2RS-422總線接口RS-422標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)防會(huì)于1978年公布的，是為了在本質(zhì)上提高串行通訊電氣特性,又在數(shù)據(jù)格式上與RS—232兼容。RS—422在發(fā)送端通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成分別為同相和反相的一對(duì)差分信號(hào)，在接收端通過(guò)傳輸線接收器把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成邏輯電平.差分信號(hào)的差分電壓低于某一閩值或高于某一閩值分別表示兩個(gè)邏輯電平。圖3-14DS3486芯片封裝圖3—15DS3487芯片封裝作為單片機(jī)與上位機(jī)之間的以RS-422標(biāo)準(zhǔn)的接口，電路采用DS3486，DS3487來(lái)對(duì)其電平轉(zhuǎn)換器件。DS3487用于把單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS—422電平,DS3486用于RS-422電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的TTL電平。它們具有三態(tài)控制的發(fā)送、接受驅(qū)動(dòng)器，具有四個(gè)獨(dú)立的接收器、發(fā)送器、遵從平衡/非平衡電壓數(shù)字接口電路電氣特性的EIA標(biāo)準(zhǔn)，輸出為與74LS兼容的三態(tài)結(jié)構(gòu),當(dāng)對(duì)應(yīng)的輸出控制引腳達(dá)到邏輯零條件時(shí)，被強(qiáng)制為高阻抗?fàn)顟B(tài)。DS3486的芯片管腳封裝如圖3-14所示，DS3487的外部封裝如圖3-15所示，其封裝圖與DS3486相似。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)的軟件由主程序MAIN、外部中斷服務(wù)子程序JINT、定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO中斷服務(wù)子程序JTO、定時(shí)/計(jì)時(shí)器T1中斷服務(wù)子程序JT1、串行中斷服務(wù)子程序JSR、按鍵處理模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和讀數(shù)據(jù)子程序RDBYT，寫數(shù)據(jù)子程序WRBYT等構(gòu)成。其中外部中斷服務(wù)子程序JINT中又包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、PID計(jì)算子程序。各模塊功能說(shuō)明如下：主程序模塊:完成系統(tǒng)的自檢、初始化和協(xié)調(diào)各功能模塊工作。外部中斷服務(wù)子程序JINT：在這個(gè)中斷服務(wù)程序部分里要完成對(duì)被測(cè)量的讀取、變換、Fuzzy-PID計(jì)算和限幅任務(wù).主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、Fuzzy-PID計(jì)算子程序來(lái)完成。定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO:完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的計(jì)時(shí)。串行口中斷服務(wù)子程序JSR:其主要是接收來(lái)自集散控制系統(tǒng)的主機(jī)的信息,向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從主機(jī)設(shè)定或修改每個(gè)發(fā)酵罐反映參數(shù)的功能和向主機(jī)提供集散控制管理的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊:完成定時(shí)采集上、中、下三層溫度、壓力的液位及四個(gè)閥門工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ);對(duì)測(cè)量值進(jìn)行判斷是否超過(guò)限值，利用發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)和超限報(bào)警信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊：判斷當(dāng)前的測(cè)量值處于發(fā)酵工藝曲線的哪一段折線上，然后根據(jù)相應(yīng)的線性化公式計(jì)算出此次采樣的線性值。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定值的誤差進(jìn)行Fuzzy-PID運(yùn)算，計(jì)算出閥門的開(kāi)度,從而輸出相應(yīng)的控制量。Fuzzy—PID計(jì)算子程序：根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，利用Fuzzy—PID運(yùn)算公式，計(jì)算出系統(tǒng)應(yīng)輸出的控制量。按鍵處理模塊:在發(fā)酵的最初階段,需要對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度按照控制工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，需要輸入3層溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，參數(shù)設(shè)定權(quán)限的密碼系統(tǒng)的PID參數(shù)。另外還要進(jìn)行運(yùn)行的開(kāi)始與停止空罐降溫和洗罐等命令的操作等。顯示模塊：根據(jù)采樣所得的結(jié)果，要求對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以及輸入?yún)?shù)的顯示，對(duì)當(dāng)前輸入位進(jìn)行閃爍顯示,對(duì)操作進(jìn)行提示。讀數(shù)據(jù)子程序RDBYT，寫數(shù)據(jù)子程序WRBYT:實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與串行EZPROM的數(shù)據(jù)傳遞功能,作為整個(gè)裝置掉電之后的保護(hù)措施.4。1.1主程序MAIN開(kāi)始開(kāi)始關(guān)中斷讀出DOWN有關(guān)數(shù)據(jù)區(qū)清零DOWN=1?閱讀數(shù)據(jù)主程序RDBYT參數(shù)初始化1CPU自診斷DOWN=0讀24C02開(kāi)關(guān)中斷，T0中斷，串行口中斷開(kāi)INT1和T1中斷DOWN=1讀24C021S計(jì)時(shí)到調(diào)用顯示主程序案件查詢？調(diào)用按鍵處理子程序控制信號(hào)輸出圖4—1主程序流程圖主程序的具體要求簡(jiǎn)述如下：①定義系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需要的變量,以及顯示器需要的段碼;②分配硬件系統(tǒng)所擁有的相關(guān)資源，如寄存器、ROM、中斷資源和堆棧等;③完成系統(tǒng)的自檢；④在程序運(yùn)行過(guò)程中,按照發(fā)酵工藝的要求，依次完成對(duì)系統(tǒng)各模塊的調(diào)用，并將結(jié)果提供給用戶參考；⑤在各模塊調(diào)用過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)調(diào)用過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，以確保子程序運(yùn)行完成返回主程序時(shí)能夠正確執(zhí)行；⑥保存系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的必要參數(shù),如發(fā)酵工藝參數(shù)，密碼等。4.1。2采樣程序模塊采樣模塊主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換控制和數(shù)字濾波兩個(gè)部分。系統(tǒng)中所使用的ADC是與SPI總線相兼容的串行接口,而AT89S52單片機(jī)內(nèi)沒(méi)有提供這一類串行口。于是，在本系統(tǒng)的具體實(shí)施中采用了并行口線的位控方式，用軟件來(lái)仿真SPI的時(shí)序。這種方法可以減少硬件的開(kāi)銷，是典型的以“以軟代硬”的做法。其缺點(diǎn)是程序相對(duì)比較復(fù)雜，目_運(yùn)行速度有所限制。不過(guò)，由于本系統(tǒng)對(duì)采樣速度要求不高，因此對(duì)本系統(tǒng)不會(huì)造成影響.在數(shù)字濾波中使用較多的是算術(shù)平均值法和中值法。為此，在本系統(tǒng)的溫度檢測(cè)過(guò)程中采用了中值平均數(shù)字濾波,通過(guò)軟件對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理運(yùn)算。具體流程如圖4—2所示，連續(xù)采集50次同一通道的溫度值，去掉其中10個(gè)最大值和10個(gè)最小值，然后計(jì)算中間的30個(gè)數(shù)據(jù)的平均值.此方法的實(shí)質(zhì)是先用中值濾波的原理除去尖脈沖干擾引起的誤差，然后把剩下的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，這樣就融合了算術(shù)平均值法和中值濾波法的優(yōu)點(diǎn).圖4-2數(shù)字濾波流程圖五、控制算法模糊PID本文仿真所采用的數(shù)學(xué)模型由參考文獻(xiàn)［15］所提供，即罐高度為8m,直徑為5m時(shí)的露天發(fā)酵罐。利用本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)中的數(shù)學(xué)模型，從而可以驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的可行性。在發(fā)酵罐內(nèi)部的上、中、下三段設(shè)置有三段蛇形管，相應(yīng)地設(shè)立上、中、下三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)和三個(gè)電磁閥。發(fā)酵前期和后期的數(shù)學(xué)模型分別為G1和G2。其具體公式為：仿真主程序如圖5—1所示圖5-1仿真主程序圖Fig.5一1Simulatemainprogram仿真結(jié)果圖5—2發(fā)酵前期仿真溫度曲線Fig。5-2Simulatetemperaturecurveintheprophaseferment發(fā)酵前期,以上、中部溫度為被控量，發(fā)酵罐的壓力等其它工況正常的情況下仿真結(jié)果如圖5-3所示.由發(fā)酵前期仿真結(jié)果看出，中部與上部溫度基本相同，滿足工藝要求,即上、中溫度保持均衡,抑制發(fā)酵液的對(duì)流有利于降糖及雙乙酞還原.發(fā)酵后期，以中、下部溫度為被控制量，其仿真結(jié)果如圖5-3所示。圖5—3發(fā)酵后期仿真溫度曲線Fig.5一3Simulatetemperaturecurveintheanaphaseofbeerfermentation發(fā)酵工藝要求一旦雙乙酞符合工藝指標(biāo)，就可以對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行冷卻操作，使酵母沉淀即進(jìn)入發(fā)酵后期的控制。這時(shí),為了加快酵母的沉淀而不使其懸浮，應(yīng)使罐內(nèi)發(fā)酵液上面熱下面冷，即下部溫度要低于中、上部溫度,由發(fā)酵后期仿真結(jié)果圖5—3可以看出，中、下溫差約為30℃，可以滿足工藝要求，另由發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)中、上部具有相同的溫度場(chǎng)，所以在發(fā)酵后期,上部閥門采取與中部閥門相同的控制策略。由仿真結(jié)果圖可以看出,本文所提出的控制策略能夠使發(fā)酵罐內(nèi)部麥汁溫度從開(kāi)始的不符合發(fā)酵工藝要求的溫度平穩(wěn)的過(guò)渡到符合工藝要求的溫度,基本滿足發(fā)酵工藝的要求，并在400h左右時(shí)趨于穩(wěn)定狀態(tài),從而保證了該控制策略的實(shí)用性和有效性。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果本論文在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以AT89S52單片機(jī)為核心，單片機(jī)外圍配備相應(yīng)的硬件電路,從而組成了以單片機(jī)為核心的啤酒發(fā)酵罐溫度控制系統(tǒng).由于本系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集和控制發(fā)酵罐上、中和下三路溫度，因此本系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)多路溫度測(cè)控