CN106708129B - 一种用于啤酒发酵温度控制的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于啤酒发酵温度控制的设备，包括用于采集发酵罐温度的温度采集模块、处理器控制模块和执行模块，执行模块包括数模转换电路和电磁阀驱动电路，电磁阀驱动电路包括变压器T、整流桥BRIAGE、滤波电容C1、稳压模块，所述电磁阀驱动电路还包括电磁阀、与电磁阀两端连接的二极管D2和运算放大电路组成，所述电磁阀为比例电磁阀,所述运算放大电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器OP2组成。采用这样的结构，当发酵罐的温度超过预设的温度值时，通过控制电磁阀两端的电压大小，可以控制电磁阀动力头推力的大小，从而控制电磁阀的开度，可以控制冷媒的流量。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制领域，尤其涉及食品加工设备领域，具体的说，是一种用于啤酒发酵温度控制的设备。
背景技术
在现实生活中，啤酒发酵不仅在工业上发展迅速，而且人们的日常生活中也常常需要小规模的啤酒发酵，啤酒发酵的不同阶段控制好温度以及温度的升降速率是决定啤酒酿造的质量和效率的关键。在现有技术中，通常采用自动温度控制系统，通过将监测的温度值与设定值比较，来决定是否开启冷却设备或制冷系统来调节发酵罐的温度，采用这样的方式，可以准确的控制温度，但是对于温度升降的速率的控制不够精准。
申请号为201520916842.1，名称为精酿啤酒发酵机的中国发明发明专利，公开了一种精酿啤酒发酵机，涉及生物及发酵工程与设备领域，包括机架、发酵罐以及制冷系统，所述机架上部固定发酵罐，下部设置底座和支腿，通过底座固定安装制冷系统，通过支腿支撑固定机架；该发酵机设置自动温度控制系统，精确控制啤酒发酵过程中的温度变化，保证啤酒的口感及质量，一台设备即可完成精酿啤酒的酿制,较现有精酿啤酒系统而言，精酿啤酒发酵机操作更加简单化，酿酒效率大大提高，精酿啤酒发酵机更易被餐饮行业所接受，本发明提供的发酵机占地面积小，投资小，操作简单，更易在餐饮行业推广。
以上现有技术中，实现了温度的自动控制，但是对于温度调节过程中温度的上升速率仍然不能很好的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于啤酒发酵温度控制的设备，用于解决现有技术中啤酒发酵温度控制中温度的升降速率控制不够精准的问题。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：
一种用于啤酒发酵温度控制的设备，包括用于采集发酵罐温度的温度采集模块、处理器控制模块和执行模块，所述执行模块包括数模转换电路和电磁阀驱动电路，所述电磁阀驱动电路由变压器T、整流桥BRIAGE、滤波电容C1、稳压模块、电磁阀、与电磁阀两端连接的二极管D2和运算放大电路组成，所述稳压模块的输出端与二极管D2的阴极和电磁阀的一端连接，电磁阀的另一端连接二极管D2的阳极，并接地，所述电磁阀为比例电磁阀,所述运算放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器OP2组成，运算放大器OP2的正向输入端通过电阻R4连接到数模转换电路的输出端，运算放大器OP2的反向输入端与输出端之间连接电阻R2，运算放大器OP2的输出端连接到稳压模块，并通过电阻R1接地。
为了将处理器控制模块输出的TTL电平信号转换为模拟电压信号，并放大模拟电压信号，所述数模转换电路由数模转换器和运算放大器OP1组成，所述数模转换器的数据输入端口与处理器控制模块中的输入输出端口连接，数模转换器的输出引脚Iout1与运算放大器OP1的正向输入端连接，输出引脚Iout2与运算放大器OP1的反向输入端连接，运算放大器OP1的输出端连接到电磁阀驱动电路。数模转换芯片DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成，具有价格低廉，接口简单。功耗低等优点。
为了给电磁阀提供稳压可调的工作电压，所述稳压模块由三端稳压器、电阻R1和二极管D1构成，所述三端稳压器的输入端与整流桥BRIAGE连接，并与二极管D1的阴极连接，输出端与二极管D1的阳极连接，并与电磁阀连接，调整端连接运算放大器OP2的输出端并通过电阻R1接地。
为了满足电磁阀工作电压，所述运算放大器OP1和运算放大器OP2采用芯片LM324，LM324为四运算放大器，工作电压为0～32V，工作温度为0～70℃，共模输入范围包括负电源，因而消除了采用外部偏置元件的必要性。
为了精准的采集发酵罐的温度，所述温度采集模块中的温度传感器采用铂热电阻Pt100，铂热电阻Pt100在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的阻值随着温度上升它的阻值是线性增大的。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）电磁阀驱动电路还包括电磁阀、与电磁阀两端连接的二极管D2和运算放大电路，电磁阀两端并联的二极管D2起到稳压和保护电磁阀的作用。所述运算放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器OP2组成，运算放大器OP2的正向输入端通过电阻R4连接到数模转换电路的输出端，运算放大器OP2的反向输入端与输出端之间连接电阻R2，运算放大器OP2的输出端连接到稳压模块，并通过电阻R1接地。采用这样的电路连接方式，运算放大器OP2的电压放大倍数为R3/R1。电磁阀与三端稳压器的输出端连接，三端稳压器的输出电压为1.25V，运算放大器OP2的输入的模拟电压范围为0～5V，因此电磁阀的两端的电压为1.25～1.25+5* R3/R1,当R3/R1=4时，电磁阀的电压为1.25V～21.25V，因此通过运算放大器OP2的作用，可以通过工作电压为5V的处理器来控制工作电压最高为20V的电磁阀，由于电磁阀的动力头在其额定行程范围内的推力与其通入线圈的电流大小成正比，因此根据控制电磁阀两端的工作电压来调节其通入线圈的电流的大小，进而控制电磁阀的开度。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的电路连接图；
其中1-温度采集模块；2-处理器控制模块；3-数模转换电路；4-电磁阀驱动电路；5-稳压模块；6-运算放大电路； U1-处理器；U2-数模转换器；U3-三端稳压器；J1-电磁阀，Ua-节点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合图1和图2所示，一种用于啤酒发酵温度控制的设备，包括用于采集发酵罐温度的温度采集模块1、处理器控制模块2和执行模块，所述执行模块包括数模转换电路3和电磁阀驱动电路4，所述电磁阀驱动电路4由变压器T、整流桥BRIAGE、滤波电容C1、稳压模块5、电磁阀J1、与电磁阀J1两端连接的二极管D2和运算放大电路6组成，所述稳压模块5的输出端与二极管D2的阴极和电磁阀J1的一端连接，电磁阀J1的另一端连接二极管D2的阳极，并接地，所述电磁阀J1为比例电磁阀,所述运算放大电路6由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器OP2组成，运算放大器OP2的正向输入端通过电阻R4连接到数模转换电路3的输出端，运算放大器OP2的反向输入端与输出端之间连接电阻R2，运算放大器OP2的输出端连接到稳压模块5，并通过电阻R1接地。
工作原理和使用方法：
所述温度采集模块1采集发酵罐的温度信号，输入到处理器控制模块2，处理器控制模块2的信号处理模块，将采集到的温度信号放大，并经过模数转换芯片转换为数字信号，然后将数字信号输入处理器U1的输入输出端口P2.0,处理器U1输出信号使显示电路显示当前温度，并与键盘输入电路输入的设定值比较，通过内部的查表程序，将输出控制数据写入数据寄存器，然后通过8位并行数据输入输出端口将数据寄存器中的数据输入到数模转换电路3中的数模转换器U2。数模转换电路3将处理器控制模块2中的处理器U1输入的数字信号转换为0-5V的模拟电压信号输出至电磁阀驱动电路4。电磁阀驱动电路4中的交流电经变压器T和整流桥BRIAGE，并经滤波电容C1之后，输入稳压模块5中的三端稳压器U3的输入引脚，三端稳压器U3采用AMS1117，调整端与输出端的电压为1.25V，0～5V的模拟电压信号经节点Ua输入运算放大电路6，运算放大电路6的电压放大倍数为R3/R1。因此电磁阀J1两端的电压为1.25～1.25+5* R3/R1,当R3/R1=4时，电磁阀J1的电压为1.25V～21.25V，因此通过运算放大器OP2的放大作用，可以通过工作电压为5V的处理器U1来控制工作电压最高为20V的电磁阀J1，由于电磁阀J1的动力头在其额定行程范围内的推力与其通入线圈的电流大小成正比，因此根据控制电磁阀J1两端的工作电压来调节其通入线圈的电流的大小，进而控制电磁阀J1的开度。
当温度信号低于设定值时，处理器U1将数据0写入数据寄存器，再通过8位并行输入输出端口将数据寄存器中的数据输入数模转换器U2的8位数据输入端口，数模转换器U2将输入的数字电压信号转换为模拟的电流信号，再经过运算放大器OP1将电流信号转换为电压信号，输出0V的模拟信号至电磁阀驱动电路4，此时，电磁阀J1两端的电压为1.25V，流经电磁阀J1线圈的电流较小，当电磁阀J1采用GP45-4-A时，电磁阀J1的常温电阻为19.5Ω，此时流经线圈的电流仅为1.25V/19.5OΩ=0.06A，远远低于其额定电流0.8A,因此电磁阀J1此时不发生偏转，因此电磁阀J1处于闭合状态。
当温度信号高于设定值时，处理器U1根据当前温度值与设定值的差值，并通过查表程序得到当前输出控制电压值，将查表得到的电压值写入数据寄存器，再通过8位并行数据输入输出端口将数据寄存器中的数据输入数模转换器U2的8位数据输入端口，数模转换器U2将输入的数字电压信号转换为模拟的电流信号，再经过运算放大器OP1将电流信号转换为电压信号，输入电磁阀驱动电路4 的节点Ua，此时电磁阀J1两端的电压值为节点Ua的电压值*4+1.25V，在流入电磁阀J1线圈的电流的作用下，电磁阀J1的动力头形成一定的推力，发生相应程度的扭转，因此可以控制电磁阀J1的开度，从而控制冷媒的流量，实现对啤酒发酵过程中温度的升降速率的控制。
本发明中，处理器控制模块2中的信号处理模块、显示模块和键盘输入模块采用现有技术中常用的技术手段，因此在此不再详述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于啤酒发酵温度控制的设备，包括用于采集发酵罐温度的温度采集模块（1）、处理器控制模块（2）和执行模块，所述执行模块包括数模转换电路（3）和电磁阀驱动电路（4），其特征在于：所述电磁阀驱动电路（4）由变压器T、整流桥BRIAGE、滤波电容C1、稳压模块（5）、 电磁阀（J1）、与电磁阀（J1）两端连接的二极管D2和运算放大电路（6）组成，所述稳压模块（5）的输出端与二极管D2的阴极和电磁阀（J1）的一端连接，电磁阀（J1）的另一端连接二极管D2的阳极，并接地，所述电磁阀（J1）为比例电磁阀，所述运算放大电路（6）由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器OP2组成，运算放大器OP2的正向输入端通过电阻R4连接到数模转换电路（3）的输出端，运算放大器OP2的反向输入端与输出端之间连接电阻R2，运算放大器OP2的输出端连接到稳压模块（5），并通过电阻R1接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于啤酒发酵温度控制的设备，其特征在于：所述数模转换电路（3）由数模转换器（U2）和运算放大器OP1组成，所述数模转换器（U2）的数据输入端口与处理器控制模块（2）中的输入输出端口连接，数模转换器（U2）的输出引脚Iout1与运算放大器OP1的正向输入端连接，输出引脚Iout2与运算放大器OP1的反向输入端连接，运算放大器OP1的输出端连接到电磁阀驱动电路（4）。
3.根据权利要求2所述的一种用于啤酒发酵温度控制的设备，其特征在于：所述数模转换器（U2）为芯片DAC0832。
4.根据权利要求1所述的一种用于啤酒发酵温度控制的设备，其特征在于：所述稳压模块（5）由三端稳压器（U3）、电阻R1和二极管D1构成，所述三端稳压器（U3）的输入端与整流桥BRIAGE连接，并与二极管D1的阴极连接，输出端与二极管D1的阳极连接，并与电磁阀（J1）连接，调整端连接运算放大器OP2的输出端并通过电阻R1接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于啤酒发酵温度控制的设备，其特征在于：所述运算放大器OP1和运算放大器OP2采用芯片LM324。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于啤酒发酵温度控制的设备，其特征在于：所述温度采集模块（1）中的温度传感器采用铂热电阻Pt100。
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