基于单片机的智能酿酒过程控制系统

河北理工大学信息学院 摘要 功能与设计方案2.1系统的功能要求酿酒过程中控制系统需面对三大流程管理难题，才有望达成理想的自动化控制成果，进料阶段得盯住葡萄汁，酵母与二氧化硫的配比情况，重量传感器捕获实时变化，到指定比例便马上停止添加且锁定阀门，在加热部分传感器紧盯温度曲线，达到设定数值后关闭加热再开启搅拌，借助设定的时间维系效果，发酵环节更为复杂些，得确保稳定的温度范围，并从二氧化碳排放里寻得解决之道，通过监测酸碱度进行适时中和调节，以精密检测酒精变化来精准拿捏终点状态为控制过程添上可视化交互元素相当关键，屏幕上清晰展示运行态势，并提供必要数据的操作按键，这样就能辅助进一步的参数微调，蓝牙技术使数据与状态信息可于手机端呈现，免去了人工现场确认各项数据的需求从而达成远程监控生产的实际目标。2.2系统设计方案基于功能需求展开系统设计，整体吸纳了模块化理念，区分为控制核心，传感检测，执行控制，人机交互及供电管理等部分，控制核心部分采纳STM32F103C8T6微控制器以承担数据整合与指令输出任务，传感器层面选配如HX711电子称重单元，温度探测头，KQ-2801型二氧化碳感应器，并辅以PH0～14酸碱值测量组件以及MQ-3气体浓度模块，构成具备广度的数据获取系统，于执行端MX1508直流电机驱动装置协同带有MOS管的驱动线路不容小觑，二者联合掌控搅拌动力及电磁元件切换操作从而促成分工更为高效的资源搭配格局形成。人机交互模块涉及OLED显示屏，独立按键以及ECB02H1蓝牙模块，作用在于状态显示，参数调节和远程连通，功能分区清晰明，供电管理系统则融合了太阳能供能，锂电池储备与Type-C充电接口等方式，通过相互配合维持系统稳定运作，整体工作流程涵盖进料，加热到发酵的三大阶段，各部分按预设机制实现自动对接和过渡，将酿造过程的自动化控制贯穿其中。图2.1系统硬件模块工作框图2.3器件方案对比2.3.1单片机的选择在选择单片机时，工程师们需要依据具体的设计需求，进行全面而深入的评估。这是一个复杂的过程，需要综合考虑多个关键因素，包括处理能力、接口类型、功耗和成本等。处理能力方面，要确保单片机的运算速度和数据存储容量能够满足项目的实时性和数据量需求。接口类型则需与项目中使用的外部设备和传感器相匹配，以保证系统集成的顺利进行。功耗是移动设备和电池供电系统必须重点考量的因素，低功耗单片机能够显著延长设备的使用寿命。成本方面，不仅要考虑单片机的采购成本，还需涵盖开发工具、软件支持以及长期维护等潜在费用。通过综合权衡这些因素，工程师们可以确保所选模块能够最大程度地契合项目需求，达到性能和效益的最佳平衡REF_Ref6520\r\h[4]。表2-1详细列出了五种单片机的性能及其优缺点，为选型工作提供了重要的参考依据。表2-1五种主流单片机参数表特性STM32系列51系列AVR系列ESP系列PIC系列架构32位(ARMCortex-M)8位(8051)8位8位32位主频72MHz~400MHz+12MHz~35MHz1MHz~20MHz80MHz~240MHz4MHz~64MHz存储器大容量小容量中小容量大容量中小容量外设接口多种接口有限接口多种接口多种接口多种接口优点高性能、多种接口、生态完善简单易用，成本低低功耗、高指令效率集成无线、适合物联网抗干扰能力强、工业级稳定缺点开发复杂度较高性能低、外设少型号迭代慢实时性较弱开发工具封闭适用场合复杂控制、工业设备、四轴飞行器教学、简单控制嵌入式设备、智能硬件物联网终端、智能家居工业控制、汽车电子综合表中数据，STM32系列单片机拥有72MHz~400MHz的主频和ARM架构，处理能力强。酿酒过程控制系统的设计需要精确控制温度，搅拌时间，原料比例，二氧化碳浓度，蓝牙通信模块等任务。STM32系列单片机能够满足这些高性能需求。方案一：STC12C5A60S2单片机性价比很高，拥有60KFlash程序存储空间以及1280字节RAM，运行频率上限为35MHz，片内集成8路10位A/D转换模块，足够应对常规的数据采集任务；其兼容8051指令体系，开发生态完善且已有丰富的代码库沉淀，使得整体构建周期显著缩短。但是该芯片仅有32脚处于使用状态，I/O端口数量捉襟见肘对接传感器的数量扩展构成限制；另外由于缺乏内置的I2C或SPI等通信接口，必须借助软件模拟实现相关功能，并因此额外增加了开发工作量；外围资源相对匮乏，特别是定时器或中断机制设计不够完备也让硬件灵活性受限，进一步暴露了系统层次性的拓展短板REF_Ref6543\r\h[5]。方案二：STC89C52源自经典的8051架构，搭载8KFlash与256字节RAM，峰值频率至12MHz，资料丰富且开发工具全面，适合简单的控制任务，芯片内嵌32个I/O端口，4组8位可编程接口，以及3个16位计时器/计数器外加支持5路中断输入。然而它未集成模数转换模块因此需要外扩数模样件支持，并且性能限制其运算高复杂度算法的能力，加之有限的内存和拓展短板事实上使系统整体难以肩负高效处理和功能协同的双重使命任务体系。本项目复杂度与功能需求相互纠缠，STC系列单片机虽具备价格优势，但功能方面略显薄弱，综合考量后选择STM32F103C8T6微控制器作为系统核心，该控制器可提供更强劲的功能支撑REF_Ref6563\r\h[6]。2.3.2通信模块的选型方案一：HC-05蓝牙模块的核心采用CSRBC417芯片，具备蓝牙2.0标准特性，工作在2.4GHz频段，其有效传输范围大致为10米，这一模块既能充当主设备也能作为从设备运行，从而灵活契合多样化的应用需求，借助串口实现透明数据流操作，最大速率达3Mbps，足以应对许多监控场景的使用，参数修改可通过AT指令快速完成，良好的互通性促使其广泛活跃在市场上；然而其依仗传统蓝牙框架，功耗表现显然欠佳，待机电流逼近8mA，加之整体防护能力稍显薄弱，易暴露在信号干扰风险中；鉴于其基于陈旧协议版本，现代硬件对其兼容可能存在问题；尽管宣称支持高达3Mbps的数据吞吐，现实应用中这类表现通常不达标，实际表现也并未充分显现可靠一面。方案二：ECB02H1蓝牙模块配备蓝牙4.0BLE技术，核心锁定低能耗方向，待机状态下仅消耗100μA电流，这种显著的节能特性为电池续航提供了极大保障，在嵌入高效能芯片及PCB天线的基础上信号传递覆盖范围扩增至30米，提升了整体传输能力，支持经典蓝牙和蓝牙低功耗的双模式架构，对于老旧硬件的兼容性也非常完善，可灵活连通多样化设备，除传统的数据透传外还兼容特定格式的数据分析功能，有效确保消息在复杂环境中平稳无误地流转，紧凑的小型尺寸（长27mm，宽13mm，厚2mm）搭配通用性的标准接口进一步降低集成复用的繁琐步骤，节省开发资源和部署时间。从低功耗性能，远距离互动延伸到了稳定传输的性能框架，以及长期扩展需求的灵活性上综合来看，EB02H1的多功能设计与实际需要高度匹配，在远程监控等场景中显得尤为适合，直接将这一模块定位为通信解决方案，无疑是一种很精准的理念选择REF_Ref5893\r\h[1]。2.3.3显示模块的选型方案一：OLED显示屏基于有机发光二极管技术，本身就能自己发光，彻底摆脱了背光源的依赖，低能耗与卓越屏幕表现是它的一大特点，本项目采用的这款0.96英寸模块分辨率达到128×64，显示系统状况和参数完全不在话下，其对比度超2000:1，水平视角突破160°，不论是强烈光照还是昏暗环境都能让内容呈现得清楚明白，响应速度更是惊人，小于10μs，刷新动态数据时无任何拖影问题，非常适合用来高频率更新信息。模块采用了SSD1306芯片，支持I2C和SPI两种接口协议，仅需2到4根线便可完成与单片机的对接，该模块的工作温度跨度极大，在-40℃至85℃之间能够自如运行REF_Ref6592\r\h[7]，对环境中温差的容忍能力相当强，不过OLED屏幕也并非完美无瑕，它的寿命通常仅为10000小时左右，长时间使用后亮度会变得不甚稳定；由于成本稍高，项目预算需要额外考虑不少比例的资金占比，此外驱动代码如同迷宫结构极其复杂，阅读起来让人心烦意乱，不小心还可能拉长开发周期。方案二：LCD1602字符液晶显示模块属于传统显示设备，适合用来展示16列×2行的字符信息，对于呈现基础数据或状态提示能够胜任，这种方案性价比不错，应用市场成熟，资料齐全便于开发，同时模块本身趋于标准化，元件易采购且后续维护成本可控，其功耗算不上太高，整体运行稳健，使用寿命较长。不过也存在一定缺憾，比如它仅支持单薄的简单字符，图形与中文字体不在支持范围内，受温度影响对比度表现差强人意，尤其在低温环境中更显得朦胧，需要通过内置背光来弥补功耗开销，多达6-8个接口也增加了布线复杂程度，加之刷新能力有限，在更新数据密集的操作下，画面更新速度略显迟滞分布于性价与性能间的局限性尚未消除。综合考虑显示效果、在空间利用效率，接口便捷性以及用户体验感这几方面，OLED显示屏更能贴合本系统人机交互的要求，所以显示模块就选定为OLEDREF_Ref6608\r\h[8]。2.3本章小结本章详尽解析酿酒流程控制系统的架构设计，涵盖功能需求分析，方案拟定和硬件单元选型等内容，系统囊括进料，加热，发酵这三大工序于自动调控范围内，并且达成对多种数据的监测与精准调适功能，采取模块划分的设计逻辑，整合控制中枢，传感检测，操作板块，用户交互界面，供电结构等要素构筑完整的调节网络，在遴选核心部件时经过技术参数和匹配度对比评估，选定STM32F103C8T6型号微控制器联合ECB02H1蓝牙模块及OLED显示屏作为关键组件套装，整个系统搭建切合实际应用需求的同时顾及平稳性以及未来拓展的可能性，确保各细部实施事务顺利落实。工程学院毕业设计3系统的硬件设计3系统的硬件设计3.1STM32F103C8T6本设计采用STMF103单片机为主控芯片，STM32单片机的最小系统通常由四个基本部分组成：主芯片、时钟电路、复位电路和电源电路。主芯片（MicrocontrollerUnit，MCU）：主芯片是整个系统的核心，通常采用STM32系列的单片机。STM32单片机集成了CPU、存储器、外设和各种接口，能够完成各种控制任务。时钟电路：时钟电路提供了单片机需要的时钟信号，以驱动单片机内部的各种时序操作。它包括晶振、晶振负载电容和时钟源选择电路等组成部分。在STM32最小系统中，晶振的频率通常为8MHz或16MHz，提供了单片机运行时的时钟信号REF_Ref6635\r\h[9]。复位电路：复位电路用于在系统上电或发生异常情况时将单片机复位到初始状态，保证系统的可靠启动和运行。它包括复位按键、复位电路和复位源选择电路等部分。电源电路：电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。它通常包括稳压器、电容滤波器和电源选择开关等组成部分。STM32单片机通常工作在3.3V或5V的电压下，因此需要通过稳压器将输入电压（如5V）转换为合适的工作电压REF_Ref6657\r\h[10]。这些部分共同构成了STM32单片机的最小系统，为单片机的正常运行提供了必要的支持和保障，该芯片是系统的控制核心。STM32F103C8T6单片机电路图如图3.1所示。图3.1STM32F103C8T6单片机接线情况本课题选用STM32F103C8T6单片机，STM32F103C8T6的主要优势有高性能、低功耗、可靠的外设、良好的成本控制以及丰富的开发资源。它主频最高可达72MHz，拥有48个引脚，拥有多达37个通用I/O端口等。STM32F103C8T6单片机实物如图3.2所示。图3.2STM32F103C8T6单片机3.2ECB02蓝牙模块ECB02H1蓝牙模块作为无线通信的核心组件，运用蓝牙4.0双模技术，兼有BLE和经典蓝牙协议的特点，从而实现系统状态的远程检测，工作电压范围为3.3V到5V的它能够无缝适配单片机，无需通过电平转换芯片，理论上的通讯速率峰值达到了1Mbps，完全对应实时数据交互的具体需求，借助串口通道，它绑定至STM32F103单片机的USART1端口(PA9/PA10)，选用透明传输路径优化了协议设计方案，同时它还可以依据AT命令高效地调控波特率，设备标识与连接密码等变量，迎合灵活调用的各种场景需求。ECB02蓝牙模块实物图如图3.3所示REF_Ref6687\r\h[11]。图3.3ECB02蓝牙模块实物图模块内置天线之后，传输距离可达30米左右，轻松满足实验室或小型生产场景的需要，其待机功耗降至100μA，工作时约为8mA，电池供电场合毫无负担，尺寸则精巧紧凑（27mm×13mm×2mm），标配6引脚接口（包括VCC，GND，RX，TX，STATE和EN），布局合理，安装方便，电路额外加入了电源滤波与状态指示功能，整体可靠性和可视性由此提升，蓝牙模块借助STATE引脚对单片机反馈运行信息，从而妙用连接状态监控提升了系统的抗风险韧性。ECB02蓝牙模块电路图如图3.4所示。图3.4ECB02蓝牙模块电路图3.3HX711称重模块HX711称重模块在进料流程控制中扮演核心传感的角色，基于HX711这款24位A/D转换芯片设计，专门面向高精度称重需求进行了优化适配，采用5V工作电压并通过四线制接口(VCC，GND，DT，SCK)与STM32单片机实现连接，其中PA0用于数据传输，PB12/PB13承担时钟信号任务，集成前置放大器和高精度ADC后，增益可按需调整至32倍，64倍或128倍，适配不同的测量量程，最高转换速率可达80Hz以满足实时监测的要求，同时配置的温度补偿电路有效削弱了环境温度对测量精准度可能引入的干扰。抗干扰设计包含数字滤波电路和差分输入结构，信号质量由此得以提升，称重传感器大多采用电阻应变式构造，拥有高灵敏度，良好线性度和出色的长期稳定性，系统通过HX711模块与称重传感器相连接，实时监测容器重量变化并据此控制进料阀门开关以达成原料精准添加的目的，电路设计考虑到信号完整性保护，所以选用屏蔽线传输模拟信号来降低电磁干扰的影响，模块校准运用两点法借助已知重量来标定进而确保测量精度REF_Ref6719\r\h[12]。图3.5HX711称重模块3.4OLED显示模块OLED显示电路的设计主要围绕SSD1306驱动芯片展开，该芯片支持并行和串行两种接口模式。在本设计中，为了节省单片机的I/O口资源，采用了4线串行SPI接口与单片机进行通信。通过SPI总线，单片机将需要显示的数据发送到SSD1306的数据区域，驱动芯片再将数据转换为相应的显示内容在OLED屏幕上显示REF_Ref7395\r\h[13]。OLED模块不光能在图形模式下编写程序，与字符模式也同样兼容，这使得操作变得更加自由灵活，开发团队设计了许多界面，像参数页面，设置菜单还有监控选项卡这类元素来回切换全都依赖按键完成，中文显示采取字库映射的方式来达成展示功能，并且涵盖了大部分的常用汉字，在使用时会感觉很便捷，分区规划使得重要信息更抓住眼球，特别是重点数据采用高亮呈现，预警信号是以闪烁的方式跳出来提醒使用者，这样做有助于确保界面对具体目标内容明确可见，至于在安装层面，视觉角度上的要点已经足够重视并且加以改善，从而便于工作人员去操作观察REF_Ref7412\r\h[14]。图3.6OLED显示模块3.5KQ-2801型二氧化碳检测模块KQ-2801二氧化碳检测模块在发酵监控中以关键传感角色示人，设计依托红外吸收原理，量程设定为0至5000ppm，与酿酒发酵检测要求恰相匹配，供电选5V并通过四线制接口连入系统即VCC，GND，DQ和AQ四个端口，其中AQ端作为模拟输出被用于与单片机PA1脚相连采集CO2含量信号，测试偏差±50ppm彰显细节精度，再现性同样优异保证长期稳定效果普遍达5年以上，响应时间不超出60秒满足实时监测需求同时嵌入温度补偿功能减弱外界变动干影响数据准确表达，整体性能切题提升。信号处理电路包含放大器，滤波器以及线性化补偿部分以优化输出信号质量，设计时融合了抗干扰对策，比如运用差分信号处理和屏蔽构造增强系统可靠性，传感器校准借助两点法并依靠标准气体周期性开展以达成精度要求，系统根据二氧化碳浓度判定发酵活跃度，在浓度超越阈值之际排气阀自动开启用以排放气体防止压力过高对发酵带来干扰，浓度数值可用于掌握发酵进展变为工艺调控的参考依据，在考量气流分布的前提下选择模块安装位置让测量信息更准确，防尘过滤网加防水结构等多项防护措施确保符合酿酒环境需求REF_Ref7435\r\h[15]。图3.7KQ-2801型二氧化碳检测模块3.6MQ-3酒精浓度检测模块MQ-3酒精浓度检测模块用以追踪发酵过程中的酒精含量动态，其核心以半导体气敏材料为基础，对于乙醇气体表现出显著的敏感特性；工作条件规定为5V电压输入，四线制接口（包括VCC，GND，DQ，AQ）接入系统后，通过AQ端口传输模拟信号至单片机PA1，并配合二氧化碳传感器共同利用ADC通道进行数据采集，采用时分复用模式分离出各传感器所测量的信息，在此框架内，MQ-3被设计应用于检测范围为0.05-10mg/L的目标值波动中，满足酒精发酵整个过程变化的需求，在运行过程中依靠气敏材料与乙醇吸附导致的电阻改变输出信号REF_Ref7343\r\h[16]，虽然具有出色的灵敏度但仍面临较明显的交叉反应影响问题，部分还原性气体也可能诱发相应响应信号。电路设计通过电阻分压的形式产生电压信号输出，利用电阻的变化实现信号转化，模块中融入了温湿度补偿的算法设计，这能够削减环境变量引起的干扰，装置在约1至2分钟预热后具备稳定的性能表现，因而适合长时间监测场景，校准时选用标准乙醇溶液的方式建立了浓度与输出电压间的映射关系，系统基于酒精浓度升降的速率判断发酵进程，当浓度处于设定范围且变化率接近零时认定发酵完成，同时触发提示报警模块发挥作用REF_Ref7471\r\h[17]，在此过程中数据处理引入了滑动平均滤波的技术大幅削弱了随机噪声的影响，位置布局选在发酵容器上部空间区域，确保气体样本具备典型性的特点利于准确获取结果。图3.8MQ-3酒精浓度检测模块3.7pH0-14采集模块pH范围从0到14的采集模块专注于发酵液酸碱度的小幅度变化，以保障发酵环境有效运作，该模块的设计基于复合pH电极与信号处理电路展开，聚焦于0-14pH测量区间，在±0.1pH精度要求内便可满足酿酒需求的一切条件，连通系统只需提供5V工作电源且通过六线接口(TO，DO，PO，GND，GND，VCC)完成，其中的PO端模拟量连接至单片机PA4位实现pH数值检测任务，在设计上采用集合式结构集成测量和参比两功能部分，产生毫伏级微弱电压信号并与每单位的59mV/pH成正相关REF_Ref7307\r\h[18]；放大器配以高输入阻抗能力同时结合滤波器及温度补偿电路在提升测量准确率上有重要表现。模块具备数字校准功能，依靠标准溶液进行两点校准，常见的是pH4.01和pH6.86组合，这样可以排除系统误差的纠缠，响应时间控制在10到30秒范围内，能够适应工艺监控的要求，电路设计融入了抑制干扰的思路，采用屏蔽构造并结合光电隔离方法，使信号质量达到更高水准，通过监测发酵过程中酸度pH值的变化，当检测数据降到设置好的下限参数后，自动启动中和液注入机制且唤出警报，防范过于激烈的酸性环境破坏最终产品品质，在这种情况下需要实时盯紧数据波动现象，在内部使用数字滤波特手段调节这些不稳定状态以保证精准读取效果，并引入防干措施协助维护操作来延长电极自身寿命。图3.9pH0-14采集模块3.8执行模块执行模块归于系统控制指令的输出端，涵盖电机驱动电路与阀门控制电路，选用MX1508直流电机驱动芯片负责电机驱动，此芯片工作电压为5V，具备800mA的驱动能力，推动搅拌电机游刃有余；设计上规划了两组MX1508驱动器（U10/U11），每组对接不同电机确保操作的独立灵活度；每组驱动器以四线接口（INA1，INB1，INA2，INB2）衔接到单片机，一组通过PA6/PA7/PB0/PB1控制，另一组则由PB6/PB7/PB8/PB9掌控，由此达成对电机正反转与变速功能的把控，H桥架构使得电路运作高效率且不易发烫，嵌入了防止过流与短路的安全机制，而阀门控制维持分部式的稳健策略，待日后说明各部件的实际运行形式性能匹配参数时详细阐明REF_Ref7284\r\h[19]。图3.10执行模块3.9本章小结本章详述酿酒过程控制系统硬件设计相关内容，涵盖控制中枢，感应检测，行为管理以及人机交互等方面的内容，STM32F103单片机在系统内扮演着重要角色，凭借强劲的计算能力与丰沛的外设接口提供有力支撑；传感器系统由HX711称重模块，KQ-2801二氧化碳检测模块，MQ-3酒精浓度检测模块及pH0-14pH值采集模块组合为一套完整的参数监测网络。工程学院毕业设计4系统的软件设计4系统的软件设计4.1软件介绍Keil5是一款嵌入式系统开发的集成环境，特别在设计ARM系列微控制器程序时具备强大的功能，作为ARM公司开发的工具，它包含编辑器，编译器，调试器和仿真器，全面支持STM32开发，该软件提供直观界面与代码编辑工具，适用于C/C++语言，同时为用户提供丰富的代码模板与调试支持。Keil5项目管理功能支持开发者对源文件，头文件和库函数进行高效组织，其内置的ARM-MDK开发包中包含针对STM32系列的器件支持包，这大幅简化了配置过程，软件支持多种仿真模式，例如软件仿真与硬件在环仿真，为程序功能验证提供了实际烧录前的验证支持，代码优化功能也包含在Keil5中，其生成的机器码更为高效，这对资源受限的微控制器尤为重要。本项目在Keil5开发环境完成STM32F103的程序编写，同时使用STM32CubeMX完成初始化配置，用以实现酿酒过程的自动控制。程序采用模块化设计，具体包含主程序，数据采集，参数计算，控制执行以及人机交互等部分，各部分之间利用全局变量与函数调用实现数据交换和控制联动REF_Ref7258\r\h[20]。图4.1Keil_5软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程图4.2系统逻辑流程图如图4.2所示，主程序为整个控制系统的骨架，借助循环结构实现持续监控与调控功能，初始化阶段完成各外设的配置，GPIO，ADC，定时器，I2C和USART等模块完成初始化，同时建立传感器与执行装置的工作基础，主循环部分，程序采集各传感器数据，重量，温度，二氧化碳浓度，pH值，酒精含量等参数在采集后依据系统运行阶段（进料，加热或发酵）判断状态并执行相应算法，更新设备参数，最后刷新显示界面且响应蓝牙通信请求，确保系统连贯运行与及时响应。4.2.2按键程序流程按键程序流程如图4.3所示；按键子程序解析用户输入并转化为系统操作，为交互接口的使用功能进行具体化设计，按键检测采用定时扫描与消抖处理机制，每10ms采样按键状态并记录连续状态判断有效性，稳定按压检测到后区分单击和长按两种行为模式REF_Ref6935\r\h[21]。单击事件用于参数浏览，选项切换与确认操作，长按则进入设置模式，切换工作模式或触发特殊功能，状态机设计用于按键响应，依据当前显示界面与系统状态决定操作内容，人机交互直观性与可靠性设计中强化了逻辑处理部分。图4.3按键模块逻辑流程图4.2.3处理程序流程处理程序流程如图4.4所示，注入原材料阶段，注入原材料，当重量达到阈值时进入下一阶段升温与混合阶段进行升温和搅拌，接着进入发酵阶段，如监测到二氧化碳浓度超过阈值，开启排气通风系统进行排气；若酒精浓度超过阈值，蜂鸣器间歇报警且停止酿酒流程；若PH值小于阈值，蜂鸣器持续报警。图4.4处理函数逻辑流程图4.3本章小结本章对酿酒过程控制系统的软件设计方案进行阐述，开发平台采用Keil5，构建了嵌入式控制程序，软件架构通过模块化形式划分功能单元，主程序，按键处理，温度监测各单元协同运行。主程序流程包含数据采集，状态判断，算法处理及显示更新；按键子程序借助防抖处理与状态机机制保障交互可靠性，这些模块以高效方式协同运行，满足自动化控制需求，同时为功能拓展与参数优化提供了可实现的空间。工程学院毕业设计5系统的测试5系统的测试5.1软硬件调试系统软硬件调试过程包含单元测试与集成测试，各功能模块独立工作正常且整合后能有机协作，首先验证各传感器模块，标准砝码校准HX711重量传感器，测试显示0-5kg范围内线性度良好，误差在±0.5%以内；标准气体验证KQ-2801二氧化碳传感器，0-3000ppm范围响应灵敏稳定；标准溶液校正MQ-3酒精传感器和pH值传感模块，数据可靠性无虞，执行模块方面，反复开关测试电机驱动与阀门控制电路，动作准确且无延迟现象。软件调试首先对各功能子程序单独测试，ADC采集程序通过示波器验证波形完整性，数据转换无误；按键程序经人工快速点击与长按测试，消抖效果显著且响应及时；通信模块借助串口调试助手验证数据收发的可靠性与完整性。之后进行软硬件联调，重点在闭环控制逻辑的验证，进料阶段系统依据重量传感器数据准确控制进料阀门，达到设定值后精确停止；加热过程中温度控制回路反应迅速，稳定在设定温度±1℃范围内，未出现超调；发酵阶段系统展示了对二氧化碳浓度，酒精含量和pH值的综合监控能力，参数超出安全范围时触发相应调节机制。系统进行耐久性测试时持续运行了72小时，功能与稳定性未发现任何衰减现象，电磁兼容性测试显示，附近电机启停和射频干扰环境下，系统正常工作，抗干扰能力相当稳定。人机交互方面，最后测试结果表明OLED显示清晰，菜单操作流畅，蓝牙远程控制在30米范围内通信同样稳定，各种实际应用需求均满足测试要求，功能实现，控制精度，稳定性，可靠性等综合方面表明，系统达到了设计预期。5.2实物运行演示系统测试显示，所有功能模块都达到设计预期。在实际酿酒工艺测试中，进料精度保持在±15g范围内，这完全满足配方要求；加热阶段温度控制稳定，波动区间为±0.8℃，优于±1℃的设计指标；发酵过程的监控显示，系统准确捕捉二氧化碳浓度变化曲线，判断发酵活跃度，酒精浓度达到设定值且二氧化碳排放率降至阈值以下时，系统识别发酵完成时点的误差不超过3小时。人机交互测试结果表明，OLED屏幕在光照条件下均清晰可辨，信息布局合理，菜单层次分明，按键操作灵敏且符合直觉逻辑，新用户培训后能迅速熟练使用。蓝牙远程监控功能测试显示，系统稳定传输实时参数，远程指令执行率达100%，操作时延控制在200ms以内，模拟极端情况时，安全保护机制正常运行，例如过温保护，进料异常中断和pH值报警等功能防止了工艺事故的发生，实物演示中，系统运行流畅且各项指标表现稳定，评审人员对演示结果均表达好评。实物如图5.1所示：图5.1系统实物图5.3本章小结本章对酿酒过程控制系统的测试环节与结果分析进行系统性说明，单元测试，集成测试与实际运行等三个层次的验证表明，各项功能单元均表现出独立工作与协同运行的特征。传感器组群完成参数采集且精度高，执行机构准确响应控制指令，控制算法则保持系统在各阶段平稳运行，实际测试数据表明，性能指标在进料精度，温度控制和发酵监测等关键部分中达到或超过设计要求。人机交互设计直观且易用，远程监控功能完备并可靠，安全保护机制反应灵敏，测试中发现的少量问题通过软件优化与参数调整解决，确保系统整体性能稳定可靠，这些测试结果充分证明，本设计所提出的酿酒过程控制系统完全满足实际应用需求，具备推广应用的现实价值。结论结论结论本毕业设计围绕酿酒自动化控制需求，构建了一套基于STM32单片机的综合控制系统，通过集成重量传感器，温度传感器，二氧化碳传感器，pH值传感器及酒精浓度传感器等模块，实现了对进料，加热和发酵三大工艺环节的