【《单片机控制的酿酒过程温度控制系统的整体方案设计案例》3900字】

单片机控制的酿酒过程温度控制系统的整体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17315单片机控制的酿酒过程温度控制系统的整体方案设计案例 1186251.1市场需求分析 172881.2系统设计 1224151.3方案论证 195401.4方案总结 51.1市场需求分析现如今智能温控设备系统都比较成熟了，各酿酒厂家所购置的大型温控控制板性能均较稳定且使用效果好。而本次设计的性价比高的小型温控系统则更适用于家庭内部酿米酒、果酒与药酒等家庭自制酒类的制作。在国内人们在家里酿酒的习惯是非常常见的，在短视频平台还没火爆时，酿酒还是长辈们的拿手绝活，但随着短视频平台的爆火许多人开始在平台上上传生活片段，其中就有许多酿酒的片段。酿梅子酒、桑葚酒、糯米酒等简单实惠的酒类的方法让许多人都开始尝试酿酒，但仅靠视频中介绍的放置温暖通风处发酵的方式失败率较高，且关键天气气候情况变化无常，每个人家里的“温暖通风处”显然不同，而本次设计的温控的系统就适用于这种情况。当人们在家里酿造少量的酒类时，可将该温控放置发酵环境中。简易的按键操作方式，醒目的显示屏，使用简单易上手，家中长辈都能快速学会，相信该温控系统在家用酿酒市场中能有一席之地。1.2系统设计市场上的电子智能温控系统基本是由感应检测、信号传输、芯片控制、输出反馈的结构组成，主要对应温控循环系统必需步骤。感应检测由于是由各种传感器组成，因此也称入侵探测器。作为入侵探测器主要起信息采集传输的作用，而不同传感器的灵敏度、精确度可以决定整个检测系统的精确程度，同样多样化信息的采集就需要增加传感器即可进行多方面信息采集的功能；信号传输就是信息传递的一个通道，根据传输方式的不同可分为专线、借用线、无线三种，可以根据需求预选择合适的传输方式；芯片控制则是系统中必不可少的“大脑”，系统信息处理的能力全依赖于“大脑”的选择，因此在有限的预算下选择一个高性价比的“大脑”是很有必要的；输出反馈也是系统结果的表现部分，可以选择视觉与听觉两种方式进行直观的表现，如显示屏、音响、灯光等。市面上的温控系统最大的区别就在与感应检测部分与输出反馈上：（1）感应部分为接触式温度传感器、热敏电阻、高精度集成温度传感器等，通过各种各样的传感器，从各个方面进行检测。（2）显示部分利用互联网发送至手机上屏幕显示、灯光闪烁或者常亮等多种显示方式。1.3方案论证方案1方案1采用由DS18B20模块为感应部分如图2-1，STM32F1单片机作为核心处理器，LCD12864屏作为温湿度的显示和报警模块。通过DS18B20对酿酒槽进行检测，输送信号至STM32单片机，由STM32单片机再将指令输送到LCD12864液晶显示屏进行显示当前温湿度以及报警。图2-1方案1设计框图STM32F1芯片是中低端32位的微控制器。其信号传输的性能强度与程序执行速度都优于51和52单片机，不仅能同时进行多个操作，并且集成搭载的外围设备性能也是极强。并且由于电子产业的快速发展，集成技术的进步其产品的制作工艺已十分成熟。集成度极高的模块上搭载了复位电路、低电压调节器等电路，整体集成模块尺寸小，在电路板中不占用太多的空间让其成为市面上的芯片宠儿。DS18B20温度传感器，是一款在市场上较受大众欢迎的温度传感器，因它的测量温度范围大，集成的模块抛弃原本多余复杂的连接方式，达到直接接入便可使用便捷方式，因此是众多测温感温产品中不可或缺的温度传感器，如家中的桶装水热水器、四季恒温鱼缸等家用电器。LCD12864液晶显示屏虽然屏幕较小，但仍是国内众多小型电子产品中显示屏的不二选择，因其是含带中文字库的显示屏，因此在国内的电子产品中使用频率很高。其可显示的汉字字数为4行8列32个汉字，在显示汉字的同时其也能数字、字符、图形、曲线，还可以显示上下左右的滚动、闪烁等显示特效效果。通用的WiFi模块体积小、功耗低，在使用时接入相应的端口即可使用。在一般家庭环境中网络的覆盖的情况下，通过互联网络将数据信号进行远距离发送信息能达到自行传输数据的功能。方案2方案2采用由B3950NTC热敏电阻为感应部分如图2-2，STC12C5A60S2单片机作为中控中心，OLED12864显示屏作为显示报警模块。通过B3950NTC热敏电阻进行检测，发送信号到STC12C5A60S2单片机，再由STC12C5A60S2单片机发送指令信号至OLED12864液晶显示屏显示及报警。图2-2方案2设计框图STC12C5A60S2单片机是STC系统新一代控制芯片中一款综合能力较均衡的内核芯片。其内核是在8051单片机的基础上进行增强的，所以指令和代码都兼容于8051单片机。内置有的EEPROM的可编程只读、可擦除的功能也利于程序编写后的下载与修改，可以让产品有充分的开发制作时间。B3950NTC热敏电阻是一款热销的不锈钢探头防水性温度传感器示如图2-7，零功率电阻为10KΩ，其温度测试范围可从零下40°到125°，可靠性很强在高温、高湿、低温及热冲后均能正使用，且价格实惠性价比高。因此B3950经常出现在水族箱、温室大棚与冷冻电器等湿度较高的区域。OLED12864是一款节能的显示屏，与LCD屏幕不同其没有背光，在仅连接电源的情况下显示屏不会有任何光亮也不会有损耗，使用时必须在程序正确操作以后才会有相应显示，这种节能的方式与LCD和LED有很大不同也是其的优点之一。MP3播放模块是20世纪风靡一时的数字音乐播放模块。其播放格式MP3、WMA也是目前主流音频格式。其工作流程是非常简单在系统启动后，通过从储存卡中获取MP3格式文件的数据，再通过RAM端口对信息进行缓冲处理，然后单片机进行解码并输出音频信号到扬声器端即可实现声音报警提示功能。方案3方案3采用由DHT11模块为感应部分如图2-3，STC89C52单片机作为核心处理器，LCD1602屏作为显示模块显示当前温湿度和告警信号，蜂鸣器作为警报器。通过DHT11进行检测，同时独立按键也可以发出指令到STC89C52微处理器，再通过STC89C52微处理器将命令发送到LCD1602显示，超出预先设置好的上限阈值后蜂鸣器发声告警，风机转动工作。图2-3方案3设计框图STC89C52单片机是基于传统C51单片机升级的控制芯片，相较于传统单片机其工作性能更稳定，但对比STM32芯片的数据处理能力，其就较适于处理数据较少的系统设计要求。其内部集成的8位CPU可编程Flash在数据处理能力也不错，也能很好的运行系统设计中的代码编程。52单片机内含的硬件资源也较为丰富，内部放置可擦除的只读存储器能反复消除一千次，在对系统测试和程序进行多次调试时也不会出现问题。和其他的单片机相比较，52单片机也是经济实用型的单片机，因此其在使用率方面也是很高的。DHT11温湿度传感器是一种大众首选的温度和湿度复合传感器，包括具有数字信号输出的校准温度和湿度系数值。为了确保产品模块的可靠性和稳定性，市场上集成的模块大多数都是使用数字模块采集技术和温湿度检测技术进行生产。在家庭生活中家用电器比较复杂的因素，如电压不稳、各种信号干扰的情况下都能正常使用，因此DHT11强大的抗干扰水平让它在相同类型的温湿度传感器中具有较高的性价比。LCD1602液晶显示屏是一种点阵型液晶显示屏，能够同时显示两行共三十二个字符，主要用来显示一些简单的字符以及字母。虽然工业字符型的显示屏可以显示的内容非常有限，但在学校课堂中的使用要求比较简单，因此课业设计中对液晶显示器却是很熟悉的，比如：万年历、闹钟等都需要它进行设计。LCD1602液晶显示屏较高的性价比以及使用的方法简单移动，是众多需要使用到显示功能的电子产品的首选，显示的内容为数字、字母和简单图形。因为它的结构点阵字符位而组成的，组合起来后点与点之间没有紧密贴合产生明显的间隔，其作用是隔开字符和字符之间的间距，不能很好的显示出稍微复杂一点的图形或图片，只用来简单显示一些数字、符号、字母等都可通过其的间隔达到自然的分隔效果，也不要占用另外的字符。所以因其屏幕的大小及显示类等的局限性，目前高端显示市场一般都不采用这种简单显示器。L298N电机驱动是一种迷你型的直流电机驱动，它的供电电压为2~10V，可以同时驱动两台直流电机工作，也可单独驱动其中一台电机工作，也可实现正反转和调速功能。有源蜂鸣器的长度为九毫米，是常用一种电子讯响器，其结构紧密且密封性极强的，在仅需简单发声产品上几乎是必备的发声元件。使用时将其接到额定电源就可连续发声，且其密封性强，适合在家庭使用环境下使用时抗干扰能力较强。1.4方案总结根据以上三个方案进行分析，方案一中使用的DS18B20是一款实用性很强的温度传感器也符合本次的设计要求，但在酒酿过程中湿度也是一项重要指标因此选择温湿度结合的传感器更佳。STM32单片机的价格由于经济制裁问题一路飙升，已经不是高性价主控芯片的选择目标。LCD12864屏幕的显示报警模块仅作为数字及字母的结果显示其使用率也低不合算，因此本次设计不采用；方案二中使用B3950NTC热敏电阻是一款综合性能较高的温度传感器，温度检测范围很广而本次设计是针对酒酿环境检测，酿酒环境的温度一般在30-40℃，并不需要测量过高或过低的温度。系统中控中心使用STC12C5A60S2单片机芯片是STC公司旗下性价比超高的主控芯片，数据处理速度较快，可擦除性也适用于本设计，不选择其作为设计主要是由于本次设计周期较短没有过多的时间研究该芯片的使用。显示报警部分采用的OLED12864液晶显示屏作为视觉显示提示，显示温湿度屏幕显示效果好但成本更高，且并没有过多的警示效果，并不符合系统的设计要求，因此本设计不采用；方案三中使用的DHT11温湿度传感器不仅能满足对温度的检测，还能额外增加湿度检测的需要，且家庭环境中的抗干扰能力较强，在室内也更有优势。STC89C52单片机虽然性能没有前两款单片机强但本系统数据处理较少并不复杂，不需要过于过强的处理能力，因此STC89C52单片机非常符合本次设计对性价比的高要求。显示