【正文】 和輸出參數(shù)， 主要的參數(shù)為 額定輸入電壓 、 額定輸出電流 、 浪涌電流 。當(dāng)不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開。繼電器一般由通電線圈和觸電組成。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中 ,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu) , 特別是應(yīng)用在一些耐潮、耐腐蝕、防爆的特殊裝置中。繼電器是一種電子控制器件，它具有 控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流控制較大電流的一種開關(guān)。因此在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；二要放大。 由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為 TTL 電平，這種電平不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)量控制。 控制電路 在本設(shè)計(jì)中，被測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機(jī)系統(tǒng)的 口輸出用以控制保溫箱的溫度，通過這種方式達(dá)到控制的目的。為區(qū)別上下限溫度報(bào)警。為了使音樂片聲音宏亮， VT2 和 VT4 選用中功率晶體管，如 3DG12B 等，β≥ 80 左右。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。 電源采用 220V 交流電路電容 C1 降壓。直到被檢測(cè)系統(tǒng)溫度被調(diào)節(jié)到高于下限給定值 后， VT3 截止，聲光報(bào)警信號(hào)消失。 如果被檢測(cè)系統(tǒng)溫度低于下限給定值，下限控制接點(diǎn) SKD2 斷路，晶體管 VT3的基極 b 和發(fā)射極 e 開路，基極 b 通過電阻 R6 提供偏流 VT3 導(dǎo)通，溫度下限發(fā)光二極管 VD5 有電流 流過而發(fā)光報(bào)警。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)音樂片 IC2 的 2 腳，使 3 腳輸出音頻電流，通過晶體管 VT2 放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器 BY 發(fā)出音樂報(bào)警聲。 圖 上下限溫度報(bào)警電路 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)開路， VT1 基極無偏流而截止，發(fā)光二極管 VD5 不發(fā)光，音樂片 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 音樂片不觸 發(fā)。上限報(bào)警電路由 IC VD VT VT2 構(gòu)成，下限報(bào)警電路由 IC VD VT VT4 等構(gòu)成。溫度計(jì)最大額定電壓為 36V，額定電流為 20mA。本電路由音樂片及外圍原件構(gòu)成。如圖 所示，為按鍵接口電路。當(dāng)有鍵按下時(shí)，按鍵的觸點(diǎn)在 閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會(huì)使按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。通過對(duì)鍵盤接口 和 的查詢判斷是否有鍵按下。 本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多，采用獨(dú)立連接式的查詢式鍵盤。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過多的占用 CPU 的工作時(shí)間。 CPU 忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的 工作方式。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一 個(gè) 選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。由于本設(shè)計(jì)采用的是共陽極數(shù)碼管，所以相應(yīng)的亮段必須送 0，相應(yīng)的暗段必須送 1。由于 74LS164 在低電平輸出時(shí)，允許通過的電流達(dá) 8mA，故不 必添加驅(qū)動(dòng)電路，亮度也比較理想。 顯示電路設(shè)計(jì) 上文中提到該顯示電路是串行顯示電路。 顯示與按鍵電路設(shè)計(jì) 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。由于總線只有 1 根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。連接電路如圖 所示。 功能電路設(shè)計(jì) 測(cè)溫電路設(shè)計(jì) 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。 CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。 HD7279A 與微處理器僅需 4 條 接口線，其中 CS 為片選信號(hào)（低電平有效）。 ? DP：小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。 ? DIG0~DIG7： 8 個(gè) LED 數(shù)碼管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。當(dāng)該端由低電平變成高電平，并保持 25ms 后，復(fù)位過程結(jié)束。 ? 4 鍵鍵盤控 制器內(nèi)含有去抖動(dòng)電路。 ? 具有（循環(huán)）左移 /（循環(huán) ） 右移指令。 主要特點(diǎn) ? 帶有串行接口，無須外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng) LED。 LED 顯示智能顯示驅(qū)動(dòng) HD7279A HD7279A 是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口、可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰極數(shù)碼管（或 64 只獨(dú)立 LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接 64 鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成 LED 顯示及鍵盤接口的全部功能。 由于 DS18B20 輸出的溫度信號(hào)是數(shù)字量，而且只占有一個(gè) I/O 口，所以它特別適合于微處理器控制各種溫度測(cè)量控制系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路。所以，讀取溫度信息字節(jié)中的內(nèi)容，可以相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的溫度值。暫存存儲(chǔ)器包含了 8 個(gè)連續(xù)字節(jié)，前 2 字節(jié)為測(cè)得的溫度信息，第 1 個(gè)字節(jié)為溫度的低 8 位，第 2 個(gè)字節(jié)為溫度的高 8 位。每個(gè) DS18B20 具有唯一的 64 位長序列號(hào)，存放于 DS18B20內(nèi)部 ROM 只讀存儲(chǔ)器中。 DS18B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范圍內(nèi)，精度為177。 溫度傳感器 DS18B20 DALLAS 公司單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新的“一線器件”，它具有體積小、適用電壓寬等特點(diǎn)。 AT89S52 內(nèi)部增加了片內(nèi)看門狗定時(shí)器，這將有利于堅(jiān)固用戶應(yīng)用系 統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性；其次 AT89S52 獨(dú)有的雙指針功能，使數(shù)據(jù)操作更加快捷方便；再次， AT89S52 運(yùn)行速度更高，最高晶振可達(dá)到 33MHZ；最后 AT89S52 支持 ISP（ InSystem Programming）在線下載功能，使得其使用更加方便?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 ： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及 時(shí)鐘電路 。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器 。 主要器件選擇及簡介 單片機(jī) AT89S52 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 圖 AT89S52 引腳圖 Flash 存儲(chǔ)器。每隔固定的時(shí)間讀入采集的數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的處理。 圖 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 本溫度控制系統(tǒng)的具體工作原理為：啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部麥汁在各個(gè)發(fā)酵階段的溫度設(shè)定值以及相關(guān)的參數(shù)被存放在外部 PROME2 中，也可以由 PC 機(jī)或鍵盤來設(shè)置。 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。然后根據(jù)比較之后所得的余差給電機(jī)和電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 圖 圓筒錐底發(fā)酵罐示意圖 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3． 1 啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 在本啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)中，在一個(gè)采樣周期內(nèi)安裝于啤酒發(fā)酵罐上、中、下 三個(gè)位置的溫度傳感器 DS18B20 將會(huì)分別采集發(fā)酵罐上、中和下三個(gè)位置的溫度信號(hào)。圖 22 為圓筒錐底發(fā)酵罐示意圖。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)是通過繞在啤酒發(fā)酵罐內(nèi)壁上的蛇形管中的冷卻液的循環(huán)流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，冷卻液的流量和速度決定了降溫的速度，因此可以通過控制冷卻液的流量來控制溫度，從而達(dá)到控制酒體溫度的目的。硬件系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，在其外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、功能電路和接口電路等，是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)；軟件部分則是在硬件系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上，為完成本控制系統(tǒng)對(duì)溫度控制的要求而編寫的監(jiān)控程序和應(yīng)用程序。該系統(tǒng)可靠實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)，完全滿足了本課題啤酒生產(chǎn)發(fā)酵工藝的技術(shù)要求，并兼顧了該課題發(fā)酵裝置發(fā)展的需求。 控制系統(tǒng)選擇及簡 介 根據(jù)啤酒發(fā)酵控制工藝環(huán)境與工藝控制需求，經(jīng)過認(rèn)真調(diào)研、分析，對(duì)目前國內(nèi)外較先進(jìn)的發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合比較與評(píng)價(jià)。 (a)上層 (b)中層 (c)下層 圖 22 溫度控制設(shè)定工藝曲線 啤酒過濾和分裝 在這個(gè)階段主要是對(duì)發(fā)酵之后的啤酒初級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行再次處理。 在不同的發(fā)酵階段，發(fā)酵罐內(nèi)部發(fā)酵液的溫度場(chǎng)要有相應(yīng)的要求：在前酵階段希望發(fā)酵罐內(nèi)從罐頂?shù)焦薜子幸徽臏囟忍荻?，即以控制上層溫度為主，以利于發(fā)酵液對(duì)流和酵母在罐內(nèi)的均與混 合；在后酵階段，則要求發(fā)酵液由上到下有一定的負(fù)溫度梯度，即控制以下層溫度為主，便于酵母的沉淀和排除。一旦雙乙酰含量指標(biāo)合格之后，發(fā)酵罐便可以進(jìn)入第二個(gè)降溫過程，以提高啤酒的風(fēng)味和質(zhì)量。 （ 2）后酵 當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)部麥汁溫度從前酵的 C?12 降到 C?5 左右時(shí)后酵階段就開始了。經(jīng)過 3~2 天后進(jìn)入發(fā)酵最為旺盛的高泡期，再經(jīng)過 3~2 天，糖度進(jìn)一步降低。 （ 1）前酵 這個(gè)階段又稱為主發(fā)酵。整個(gè)發(fā)酵過程分前酵和后酵兩個(gè)階段，發(fā)酵 溫度的工藝設(shè)定曲線如圖 21 所示。一般認(rèn)為低溫發(fā)酵可以降低雙乙酰和脂類等代謝物的含量，提高啤酒的色澤和口味；高溫發(fā)酵則可以加快發(fā)酵速度，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 發(fā)酵 啤酒發(fā)酵是微生物的一個(gè)代謝過程，簡單的說就是把糖化之后產(chǎn)生的麥汁經(jīng)酵母發(fā)酵分解成酒精（ OHHC 52 ）、二氧化碳（ 2CO ）和水（ OH2 ）的過程，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生種類繁多的中間代謝物。麥汁制備過程中需要檢測(cè)的參數(shù)主要有溫度、壓力、物位和流量。 糖化 啤酒的糖化過程是啤酒生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序。啤酒發(fā)酵過程直觀上可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、 LED 顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能 。本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。 根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號(hào)用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制。鍛煉動(dòng)手能力與實(shí)際工作能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來。通過本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編寫方法。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn) 行控制，不僅具有控制方便、靈活和組態(tài)簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而可以顯著提高啤酒產(chǎn)品的質(zhì)量。啤酒發(fā)酵是一個(gè)具有時(shí)變性、非線性的復(fù)雜生化反應(yīng)過程，使 用冷卻酒精水通過熱交換器間接降溫的方法控制發(fā)酵溫度。溫度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有 : 膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢(shì) ,磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。測(cè)溫儀器由溫度傳感器和信號(hào)處理兩部分組成。另外，由于提高了接種溫度、啤酒主發(fā)酵溫度、雙乙酰還原溫度和酵母接種也利于加快酵母的發(fā)酵速度，從而使發(fā)酵能夠快速進(jìn)行。接種酵母后，由于酵母的凝聚作用，使得罐底部酵母的細(xì)胞密度增大，導(dǎo)致發(fā)酵速度加快，發(fā)酵過程中產(chǎn)生二氧化碳量增多，同時(shí)由于發(fā)酵液的液柱高度產(chǎn)生的靜壓作用，也使二氧化碳含量隨液層變化呈梯度變化 ,因此罐內(nèi)發(fā)酵液的密度也呈梯度變化，此外，由于錐形罐體外設(shè)有冷卻裝置，可以認(rèn)為控制發(fā)酵各階段溫度。 （ 9）錐形罐加工方便（可在現(xiàn)場(chǎng)就地加工），實(shí)用性強(qiáng)。 （ 7） 錐形罐既適用于下面發(fā)酵，也適用于上面發(fā)酵。由于強(qiáng)烈對(duì)流的存在，酵母發(fā)酵能力提高，發(fā)酵速度加快，發(fā)酵周期縮短。 （ 5）罐內(nèi)發(fā)酵液由于液體高度而生產(chǎn) 2CO 梯 度（即形成密度梯度）。 （ 3）罐體外設(shè)有保溫裝置，可將罐體置于室外，減少建筑投資，節(jié)省占地面積，便于擴(kuò)建。 錐形罐發(fā)酵法的特點(diǎn) （ 1）底部為錐形便于生產(chǎn)過程中隨時(shí)排放 酵母，要求采用凝聚性酵母。德國釀造發(fā)明的歷史圓柱錐形發(fā)酵罐由于其諸多發(fā)面的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展，逐步在全世界得到推廣和使用。圓柱 錐形發(fā)酵罐是目前世界通用的發(fā)酵罐，該罐主體呈圓柱形，罐頂為圓弧狀，底部為圓錐形，具有相當(dāng)?shù)母叨龋ǜ叨却笥谥睆剑?，罐體設(shè)有冷卻和保溫裝置，為全封閉發(fā)酵罐。 傳感器一般被認(rèn)為是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路三部分組成的，有時(shí)還需外加輔助電源，組成框圖如圖 4 所示。 傳感器簡介 傳感器的經(jīng)典定義是指能夠感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的可用輸出信號(hào)的元器件或裝置的總稱 [6]。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理和過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 圖 13 啤酒生產(chǎn)流程圖 單片機(jī)的簡介 ． 1 單片機(jī) 單片機(jī)是將微機(jī)的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口和總線制作在一塊 芯片上的超大規(guī)模集成電路。 圖 11 麥芽制造工藝流程圖 （ 2）啤酒釀造工藝流程 啤酒釀造的工藝流程如圖 2 所示，從下面這個(gè)圖中可以對(duì)啤酒釀造有一個(gè)比較抽象的理解。 （ 1）麥芽制造工藝流程 麥芽制取主要有三大步驟：浸麥、發(fā)芽和干燥。 啤酒發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程 啤酒生產(chǎn)可以分成兩大部分：麥芽制取和啤酒釀造。當(dāng)