單片機(jī)控制的釀酒過(guò)程溫度控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17315單片機(jī)控制的釀酒過(guò)程溫度控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)案例 1186251.1市場(chǎng)需求分析 172881.2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1224151.3方案論證 195401.4方案總結(jié) 51.1市場(chǎng)需求分析現(xiàn)如今智能溫控設(shè)備系統(tǒng)都比較成熟了，各釀酒廠家所購(gòu)置的大型溫控控制板性能均較穩(wěn)定且使用效果好。而本次設(shè)計(jì)的性價(jià)比高的小型溫控系統(tǒng)則更適用于家庭內(nèi)部釀米酒、果酒與藥酒等家庭自制酒類的制作。在國(guó)內(nèi)人們?cè)诩依镝劸频牧?xí)慣是非常常見(jiàn)的，在短視頻平臺(tái)還沒(méi)火爆時(shí)，釀酒還是長(zhǎng)輩們的拿手絕活，但隨著短視頻平臺(tái)的爆火許多人開(kāi)始在平臺(tái)上上傳生活片段，其中就有許多釀酒的片段。釀梅子酒、桑葚酒、糯米酒等簡(jiǎn)單實(shí)惠的酒類的方法讓許多人都開(kāi)始嘗試釀酒，但僅靠視頻中介紹的放置溫暖通風(fēng)處發(fā)酵的方式失敗率較高，且關(guān)鍵天氣氣候情況變化無(wú)常，每個(gè)人家里的“溫暖通風(fēng)處”顯然不同，而本次設(shè)計(jì)的溫控的系統(tǒng)就適用于這種情況。當(dāng)人們?cè)诩依镝勗焐倭康木祁悤r(shí)，可將該溫控放置發(fā)酵環(huán)境中。簡(jiǎn)易的按鍵操作方式，醒目的顯示屏，使用簡(jiǎn)單易上手，家中長(zhǎng)輩都能快速學(xué)會(huì)，相信該溫控系統(tǒng)在家用釀酒市場(chǎng)中能有一席之地。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)市場(chǎng)上的電子智能溫控系統(tǒng)基本是由感應(yīng)檢測(cè)、信號(hào)傳輸、芯片控制、輸出反饋的結(jié)構(gòu)組成，主要對(duì)應(yīng)溫控循環(huán)系統(tǒng)必需步驟。感應(yīng)檢測(cè)由于是由各種傳感器組成，因此也稱入侵探測(cè)器。作為入侵探測(cè)器主要起信息采集傳輸?shù)淖饔茫煌瑐鞲衅鞯撵`敏度、精確度可以決定整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的精確程度，同樣多樣化信息的采集就需要增加傳感器即可進(jìn)行多方面信息采集的功能；信號(hào)傳輸就是信息傳遞的一個(gè)通道，根據(jù)傳輸方式的不同可分為專線、借用線、無(wú)線三種，可以根據(jù)需求預(yù)選擇合適的傳輸方式；芯片控制則是系統(tǒng)中必不可少的“大腦”，系統(tǒng)信息處理的能力全依賴于“大腦”的選擇，因此在有限的預(yù)算下選擇一個(gè)高性價(jià)比的“大腦”是很有必要的；輸出反饋也是系統(tǒng)結(jié)果的表現(xiàn)部分，可以選擇視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)兩種方式進(jìn)行直觀的表現(xiàn)，如顯示屏、音響、燈光等。市面上的溫控系統(tǒng)最大的區(qū)別就在與感應(yīng)檢測(cè)部分與輸出反饋上：（1）感應(yīng)部分為接觸式溫度傳感器、熱敏電阻、高精度集成溫度傳感器等，通過(guò)各種各樣的傳感器，從各個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)。（2）顯示部分利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至手機(jī)上屏幕顯示、燈光閃爍或者常亮等多種顯示方式。1.3方案論證方案1方案1采用由DS18B20模塊為感應(yīng)部分如圖2-1，STM32F1單片機(jī)作為核心處理器，LCD12864屏作為溫濕度的顯示和報(bào)警模塊。通過(guò)DS18B20對(duì)釀酒槽進(jìn)行檢測(cè)，輸送信號(hào)至STM32單片機(jī)，由STM32單片機(jī)再將指令輸送到LCD12864液晶顯示屏進(jìn)行顯示當(dāng)前溫濕度以及報(bào)警。圖2-1方案1設(shè)計(jì)框圖STM32F1芯片是中低端32位的微控制器。其信號(hào)傳輸?shù)男阅軓?qiáng)度與程序執(zhí)行速度都優(yōu)于51和52單片機(jī)，不僅能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)操作，并且集成搭載的外圍設(shè)備性能也是極強(qiáng)。并且由于電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，集成技術(shù)的進(jìn)步其產(chǎn)品的制作工藝已十分成熟。集成度極高的模塊上搭載了復(fù)位電路、低電壓調(diào)節(jié)器等電路，整體集成模塊尺寸小，在電路板中不占用太多的空間讓其成為市面上的芯片寵兒。DS18B20溫度傳感器，是一款在市場(chǎng)上較受大眾歡迎的溫度傳感器，因它的測(cè)量溫度范圍大，集成的模塊拋棄原本多余復(fù)雜的連接方式，達(dá)到直接接入便可使用便捷方式，因此是眾多測(cè)溫感溫產(chǎn)品中不可或缺的溫度傳感器，如家中的桶裝水熱水器、四季恒溫魚(yú)缸等家用電器。LCD12864液晶顯示屏雖然屏幕較小，但仍是國(guó)內(nèi)眾多小型電子產(chǎn)品中顯示屏的不二選擇，因其是含帶中文字庫(kù)的顯示屏，因此在國(guó)內(nèi)的電子產(chǎn)品中使用頻率很高。其可顯示的漢字字?jǐn)?shù)為4行8列32個(gè)漢字，在顯示漢字的同時(shí)其也能數(shù)字、字符、圖形、曲線，還可以顯示上下左右的滾動(dòng)、閃爍等顯示特效效果。通用的WiFi模塊體積小、功耗低，在使用時(shí)接入相應(yīng)的端口即可使用。在一般家庭環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)的覆蓋的情況下，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離發(fā)送信息能達(dá)到自行傳輸數(shù)據(jù)的功能。方案2方案2采用由B3950NTC熱敏電阻為感應(yīng)部分如圖2-2，STC12C5A60S2單片機(jī)作為中控中心，OLED12864顯示屏作為顯示報(bào)警模塊。通過(guò)B3950NTC熱敏電阻進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)送信號(hào)到STC12C5A60S2單片機(jī)，再由STC12C5A60S2單片機(jī)發(fā)送指令信號(hào)至OLED12864液晶顯示屏顯示及報(bào)警。圖2-2方案2設(shè)計(jì)框圖STC12C5A60S2單片機(jī)是STC系統(tǒng)新一代控制芯片中一款綜合能力較均衡的內(nèi)核芯片。其內(nèi)核是在8051單片機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增強(qiáng)的，所以指令和代碼都兼容于8051單片機(jī)。內(nèi)置有的EEPROM的可編程只讀、可擦除的功能也利于程序編寫(xiě)后的下載與修改，可以讓產(chǎn)品有充分的開(kāi)發(fā)制作時(shí)間。B3950NTC熱敏電阻是一款熱銷的不銹鋼探頭防水性溫度傳感器示如圖2-7，零功率電阻為10KΩ，其溫度測(cè)試范圍可從零下40°到125°，可靠性很強(qiáng)在高溫、高濕、低溫及熱沖后均能正使用，且價(jià)格實(shí)惠性價(jià)比高。因此B3950經(jīng)常出現(xiàn)在水族箱、溫室大棚與冷凍電器等濕度較高的區(qū)域。OLED12864是一款節(jié)能的顯示屏，與LCD屏幕不同其沒(méi)有背光，在僅連接電源的情況下顯示屏不會(huì)有任何光亮也不會(huì)有損耗，使用時(shí)必須在程序正確操作以后才會(huì)有相應(yīng)顯示，這種節(jié)能的方式與LCD和LED有很大不同也是其的優(yōu)點(diǎn)之一。MP3播放模塊是20世紀(jì)風(fēng)靡一時(shí)的數(shù)字音樂(lè)播放模塊。其播放格式MP3、WMA也是目前主流音頻格式。其工作流程是非常簡(jiǎn)單在系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)從儲(chǔ)存卡中獲取MP3格式文件的數(shù)據(jù)，再通過(guò)RAM端口對(duì)信息進(jìn)行緩沖處理，然后單片機(jī)進(jìn)行解碼并輸出音頻信號(hào)到揚(yáng)聲器端即可實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警提示功能。方案3方案3采用由DHT11模塊為感應(yīng)部分如圖2-3，STC89C52單片機(jī)作為核心處理器，LCD1602屏作為顯示模塊顯示當(dāng)前溫濕度和告警信號(hào)，蜂鳴器作為警報(bào)器。通過(guò)DHT11進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)獨(dú)立按鍵也可以發(fā)出指令到STC89C52微處理器，再通過(guò)STC89C52微處理器將命令發(fā)送到LCD1602顯示，超出預(yù)先設(shè)置好的上限閾值后蜂鳴器發(fā)聲告警，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)工作。圖2-3方案3設(shè)計(jì)框圖STC89C52單片機(jī)是基于傳統(tǒng)C51單片機(jī)升級(jí)的控制芯片，相較于傳統(tǒng)單片機(jī)其工作性能更穩(wěn)定，但對(duì)比STM32芯片的數(shù)據(jù)處理能力，其就較適于處理數(shù)據(jù)較少的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。其內(nèi)部集成的8位CPU可編程Flash在數(shù)據(jù)處理能力也不錯(cuò)，也能很好的運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的代碼編程。52單片機(jī)內(nèi)含的硬件資源也較為豐富，內(nèi)部放置可擦除的只讀存儲(chǔ)器能反復(fù)消除一千次，在對(duì)系統(tǒng)測(cè)試和程序進(jìn)行多次調(diào)試時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。和其他的單片機(jī)相比較，52單片機(jī)也是經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的單片機(jī)，因此其在使用率方面也是很高的。DHT11溫濕度傳感器是一種大眾首選的溫度和濕度復(fù)合傳感器，包括具有數(shù)字信號(hào)輸出的校準(zhǔn)溫度和濕度系數(shù)值。為了確保產(chǎn)品模塊的可靠性和穩(wěn)定性，市場(chǎng)上集成的模塊大多數(shù)都是使用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。在家庭生活中家用電器比較復(fù)雜的因素，如電壓不穩(wěn)、各種信號(hào)干擾的情況下都能正常使用，因此DHT11強(qiáng)大的抗干擾水平讓它在相同類型的溫濕度傳感器中具有較高的性價(jià)比。LCD1602液晶顯示屏是一種點(diǎn)陣型液晶顯示屏，能夠同時(shí)顯示兩行共三十二個(gè)字符，主要用來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的字符以及字母。雖然工業(yè)字符型的顯示屏可以顯示的內(nèi)容非常有限，但在學(xué)校課堂中的使用要求比較簡(jiǎn)單，因此課業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)液晶顯示器卻是很熟悉的，比如：萬(wàn)年歷、鬧鐘等都需要它進(jìn)行設(shè)計(jì)。LCD1602液晶顯示屏較高的性價(jià)比以及使用的方法簡(jiǎn)單移動(dòng)，是眾多需要使用到顯示功能的電子產(chǎn)品的首選，顯示的內(nèi)容為數(shù)字、字母和簡(jiǎn)單圖形。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)點(diǎn)陣字符位而組成的，組合起來(lái)后點(diǎn)與點(diǎn)之間沒(méi)有緊密貼合產(chǎn)生明顯的間隔，其作用是隔開(kāi)字符和字符之間的間距，不能很好的顯示出稍微復(fù)雜一點(diǎn)的圖形或圖片，只用來(lái)簡(jiǎn)單顯示一些數(shù)字、符號(hào)、字母等都可通過(guò)其的間隔達(dá)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顯示類等的局限性，目前高端顯示市場(chǎng)一般都不采用這種簡(jiǎn)單顯示器。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一種迷你型的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的供電電壓為2~10V，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)工作，也可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)其中一臺(tái)電機(jī)工作，也可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能。有源蜂鳴器的長(zhǎng)度為九毫米，是常用一種電子訊響器，其結(jié)構(gòu)緊密且密封性極強(qiáng)的，在僅需簡(jiǎn)單發(fā)聲產(chǎn)品上幾乎是必備的發(fā)聲元件。使用時(shí)將其接到額定電源就可連續(xù)發(fā)聲，且其密封性強(qiáng)，適合在家庭使用環(huán)境下使用時(shí)抗干擾能力較強(qiáng)。1.4方案總結(jié)根據(jù)以上三個(gè)方案進(jìn)行分析，方案一中使用的DS18B20是一款實(shí)用性很強(qiáng)的溫度傳感器也符合本次的設(shè)計(jì)要求，但在酒釀過(guò)程中濕度也是一項(xiàng)重要指標(biāo)因此選擇溫濕度結(jié)合的傳感器更佳。STM32單片機(jī)的價(jià)格由于經(jīng)濟(jì)制裁問(wèn)題一路飆升，已經(jīng)不是高性價(jià)主控芯片的選擇目標(biāo)。LCD12864屏幕的顯示報(bào)警模塊僅作為數(shù)字及字母的結(jié)果顯示其使用率也低不合算，因此本次設(shè)計(jì)不采用；方案二中使用B3950NTC熱敏電阻是一款綜合性能較高的溫度傳感器，溫度檢測(cè)范圍很廣而本次設(shè)計(jì)是針對(duì)酒釀環(huán)境檢測(cè)，釀酒環(huán)境的溫度一般在30-40℃，并不需要測(cè)量過(guò)高或過(guò)低的溫度。系統(tǒng)中控中心使用STC12C5A60S2單片機(jī)芯片是STC公司旗下性價(jià)比超高的主控芯片，數(shù)據(jù)處理速度較快，可擦除性也適用于本設(shè)計(jì)，不選擇其作為設(shè)計(jì)主要是由于本次設(shè)計(jì)周期較短沒(méi)有過(guò)多的時(shí)間研究該芯片的使用。顯示報(bào)警部分采用的OLED12864液晶顯示屏作為視覺(jué)顯示提示，顯示溫濕度屏幕顯示效果好但成本更高，且并沒(méi)有過(guò)多的警示效果，并不符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，因此本設(shè)計(jì)不采用；方案三中使用的DHT11溫濕度傳感器不僅能滿足對(duì)溫度的檢測(cè)，還能額外增加濕度檢測(cè)的需要，且家庭環(huán)境中的抗干擾能力較強(qiáng)，在室內(nèi)也更有優(yōu)勢(shì)。STC89C52單片機(jī)雖然性能沒(méi)有前兩款單片機(jī)強(qiáng)但本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理較少并不復(fù)雜，不需要過(guò)于過(guò)強(qiáng)的處理能力，因此STC89C52單片機(jī)非常符合本次設(shè)計(jì)對(duì)性價(jià)比的高要求。顯示