智能啤酒桶（精选3篇）
智能啤酒桶 篇1
摘要：介绍一个基于C8051F020应用于大容量啤酒发酵罐群发酵过程的测控的CAN智能节点的设计,及智能节点的硬件结构及软件实现等关键技术。通过实际运行和对实测数据分析表明,该方案提出的智能节点具有组态灵话、结构简单、运行可靠等优点,实现了稳定可靠的数据测量控制,提高了工业现场的控可操作性,满足大容量啤酒发酵罐群啤酒发酵过程的要求。
关键词：CAN,智能节点,啤酒发酵,高精度测控
发酵是啤酒生产过程中一个很重要的环节,对发酵温度和压力的控制是啤酒质量和生产效率的关键因素,决定着如双乙酰、脂肪酸等少量的中间代谢物产生含量,会对啤酒质量和口味影响很大[1]。基于CAN总线的啤酒发酵测控智能节点啤酒发酵温度和压力测控网络,实现了大容量发酵罐群的温度、压力、液位的高精度测量控制,具有运行可靠、造价低廉、操作简单等特点,大幅度提高了啤酒产品质量,经济效益显著。
系统高端采用PC+嵌入式人机界面,底层为基于CAN总线的主从式控制系统。图1为系统控制方案结构框图。CAN总线能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,具有抗干扰性强和使用可靠等优点,可以随时改变节点数目,而不需要改变其他节点和系统主节点的程序,只要在PC机上重新运行本系统的系统应用程序对系统进行重新配置,然后将配置好的文件通过RS232C串口下载到系统主节点,整个系统就可以上电运行了。
CAN总线用C 8051F020作为节点的微处理器单片机构成智能节点,主机和节点之间通过CAN收发器及CAN控制器相连,主机接收各节点发送的现场数据,如现场温度、或压力等参数,主机经过综合计算、判断作出相应的控制命令,这些命令将通过CAN总线传送至各节点。各节点执行主机发送的各项命令,控制各执行机构,如阀门、电机或泵等工作。
1 CAN智能节点硬件设计
CAN总线控制系统由计算机和智能节点组成,所有的节点都以平等的地位连接在总线上,包括3个部分:负责节点任务控制的主控器、CAN控制器以及CAN收发器。结构如图2所示,主控制器选用美国cygnal公司C8051F020单片机,CAN控制器选用PHILIPS公司的SJA1000,CAN收发器选用具有电气隔离功能的CTM8250T。C8051F020负责SJA1000的初始化,并通过控制实现数据的接收和发送通信,完成数据采集、输出控制、参数修改等任务。
1.1 C8051F060单片机特点
C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片(SOC),片内资源包括:64个通用数字I/0端口,64 kB Flash存储器,4352B RAM;内部有一个12位的ADC0,包括一个9 通道的可编程模拟多路选择器(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100 Ks/s、12 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC;一个8位的ADC1,包括一个8 通道的可配置模拟多路开关(AMUX1),一个可编程增益放大器(PGA1)和一个500ksps、8 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC,两个12位的DAC转换器;5个通用定时器和可编程计数器阵列(PCA),另外它还具有外部数据存储器接口,SM Bus/ I2C总线、SPI总线。2路UART总线、片内电源监视、片内温度监视、片内看门狗定时器和片内时钟源等。以上数字资源接口都可根据设计需要进行选择后,利用片内交叉开关分配到相应的I/ 0端口,未使用的资源将不占用通用I/ 0端口,这种方法既有利于资源的灵话配置.又有利于资源的充分利用.使芯片的通用性获得极大的提高在强大而丰富的片内资源的支持下。8051F020还具有以下主要特点:
与8051全兼容的微控制器内核CHIP-51它采用流水线式结构,在25 MHz的内部时钟下,指令最快执行速度可达25 MI/s。片内的JTAG仿真电路提供全速、非侵占式电路仿真,可以很方便实现断点、单步观察点、运行和停止等调试命令.且支持存储器和寄存器的在线校验和修改,开发效率大大提高。
1.2 SJA1000控制器特点
CAN控制器SJA1000是一般工业环境控制器CAN局域网的高集成度控制器,具有完成高性能通信协议所要求的全部特性,具有简单总线连接的可完成物理层和数据链路层的所有功能。并配置有丰富的功能寄存器。可完成数据成核、总线填充、错误检测、总线仲裁及错误界定处理等CAN规范。具有BasicCAN和PeIiCAN两种工作模式,支持具有很多新特征的CAN2.0B协议。
SJA1000的功能,由以下几部分构成:接口管理逻辑;发送缓冲器,能够存储1个完整的报文(扩展的或标准的);验收滤波器;接收FIFO;CAN核心模块。具有有扩展的接收缓冲器(64字节,先进先出FIFO)、支持CAN2.0A和CAN2.0B协议、支持11位和29位标识码、通信位速率可达1Mb/s、可与不同的微处理器接口等特点。
1.3 单片机与CAN控制器的硬件设计
单片机以访问外部存储器的方式来访问SJA1000,把SJA1000当作外部RAM时,应与其他外部存储器的片选在逻辑上无冲突。SJA1000占用了0x8000-0x80FF的外部RAM空间。SJA1000的AD0-AD7连接到C8051F020的高端口P7口,CS连接到基址为0x8000的外部存储器片选信号。当C8051F020访问地址0x8000-0x80FF时,CPU可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD、WR和ALE分别与C8051F020的对应引脚相连,INT接C8051F020的INT0引脚,通过中断方式访问SJA1000。SJA1000的复位信号RST为低电平有效。C8051F020的AD0-AD7口用于地址/数据的输入/输出,将其配置为漏极开路方式,利用4.7 kΩ上拉电阻器拉至5 V。通过设置数字交叉开关,将C8051F020的外部中断引脚配置到P2.7口。
1.4 CAN收发器设计
CTM8250T是一款集成了CAN隔离及保护于一体的隔离CAN收发器模块,可将CAN 控制器逻辑电平转换为CAN总线的差动电平,并具有对CAN 控制器与CAN 总线之间的隔离作用,完全符合ISO 11898 标准,支持标准波特率5～1 000 kb/s,模块TXD、RXD引脚兼容+3.3 V及+5 V的CAN控制器,不需要外接其他元器件,直接将CAN控制器发送、接收引脚与CTM模块的发送、接收引脚相连接即可。
1.5 信号采集设计
温度传感器采用精密温度传感器LM135H,它工作与齐纳二极管相似,其反向击穿电压随温度按+10 mV/K的规律变化,具有容易校准、动态阻抗低于是1 Ω,温度检测低阻抗和线性输出、接口电路容易等特点,广泛应用于精密的温度测量设备。
压力信号采集采用PT205A型陶瓷压力变送器,其具有温度漂移小、精度高、稳定性好、耐腐蚀力强、在各种介质下能长期稳定地工作。电路部分对陶瓷膜片进行了温度补偿和非线性补偿,微处理器软件采用了零点自动跟踪、量程校正,很好地克服由传感器及自流放大器所产生的零点漂移.具有很好的零位稳定性。
2 软件设计
节点软件设计主要有两项任务:一是对温度和压力传感器的采样数据处理:二是完成和上位机之间的数据通信功能,主要包括以下部分:传感器输出信号处理、CAN节点初始化、报文发送和报文接收。
2.1 传感器的数据处理
温度节点的单片机在上电之后使单片机进入初始状态,计算温度传感器输出的数字信号的频率值,根据温度和频率之间的换算关系可以计算出温度值,在接收到上位机节点发送的远程数据帧之后把温度数据发送到CA总线上。通过温度测量的二次校正技术,消除可能存在的基准电源的温漂、时漂和自校正放大器在两次校正之间产生的温漂,给电阻单元测量带来的误差。这样可使测量误差达±0.1℃以下。
压力节点主控单片机经初始化后,发送帧请求传送压力信息,接收到压力节点的数据帧后进行然后有效值检查,可保证所测量的压力在正常的范围内,并对极限情况设置正负溢出标志进行报警;通过算术平均值滤波算法进行数字滤波,对各种干扰信号甚至极低频率的信号滤波;通过分段线性化方法进行线性化处理,以获得实际被测压力的准确数值。从实际效果看,基木上可以消除由于随机干扰带来的误差,提高测量精度,从而获得实际的压力值,在得到上位机的远程帧请求压力节点发送数据后,把压力值发送到总线上。
2.2 报文发送和接收
程序开始执行时最先进入的是初始化子程序,这部分实现的功能包括各种I/O口输入输出状态的设定,串口工作状态的设定,有关中断使能的设定等等。
SJA1000初始化子程序:SJA1000初始化只有在复位模式下才可以进行,初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的是指、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置等。在完成SJA1000的初始化设置以后,SJA1000就可以回到工作状态,进行正常的通信任务。
发送报文子程序:发送子程序负责节点报文的发送。发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文,送入SJA1000发送缓存区中,然后启动SJA1000发送即可。
接收报文了程序: 接收了程序负责节点报文的接收以及其他情况处理。同时要对注入总线关闭、错误报警、接收溢出等情况进行处理。可采用中断接收方式和查询接收方式。
3 运行效果
传感器因素除外:测温误差≤±0.1℃,控温误差≤±0.2℃,测压误差≤±1 kPa,控压误差≤±2 kPa;含传感器精度:测温误差≤±0.2℃,控温误差≤±0.3℃,测压误差≤±0.2 kPa,控压误差≤±5 kPa;运行曲线平稳、正常。控制精度的提高,保证了双乙酰还原所需温度的要求,保证了封罐后罐压恒定,加之降温过程的均匀一致,使发酵过程中产生的CO2得到了充分自落,稳定了啤酒中CO2还量,提高了啤酒的杀口力。由于对发酵罐采取了上、中、下3点温度测控,使操作避免了盲目性,较好的保证了温度的均匀、工艺参数的顺利实现。
参考文献
[1]杨丽明.面向啤酒生产过程的综合自动化系统.酿酒,2003;30(01):55—56
[2]李金刚,刘永鸿.基于AT89C51型单片机的CAN总线智能节点设计.国外电子元器件,2006,13(08):26—29
[3]徐津,杜尚丰,赵兴炳.基于CAN总线的温室智能控制节点的开发.仪器仪表学报,2004,(S1):522—523
[4]管敦仪.啤酒工业手册(修订版).北京:中国轻工业出版社,1998
[5]王常力,罗安.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例.北京:电子工业出版社,2004
[6]CYGNAL Company.C8051F02X Data Sheet.2002
智能啤酒桶 篇2
大家好!我是一个普通的削笔刀，我全身黑黄相间，头顶上有一个大大的水龙头，‘‘肚子’’里还装着‘‘美味的啤酒’’，所以小主人叫我‘‘啤酒桶’’。
我虽然是一个普普通通的削笔刀，但是小主人非常的疼爱我呢!
每一次小主人将铅笔塞入我的‘‘水龙头’’时，他都会轻轻地按住我那‘‘水龙头’’上的开关后，再轻握住削笔刀的.‘‘风车’’，快速地转动。不一会儿，一把尖尖的铅笔就从我的‘‘水龙头’’里出来了。削完笔，小主人就会将我的下半身拉出，将木屑倒出来，清洗一遍，放在太要底下晒干，使我全身暖洋洋的，好似躺在小床上舒舒服服地睡觉呢!
到了深夜，小主人将我放入铺上充满柠檬香味的纸巾‘‘小床上’’，盖上包装纸，将我放入抽屉里，让我好好睡一觉。
日久天长，我和小主人的感情慢慢地增长了不少。可好景不长，小主人的妹妹来到了他的家里，小主人的妈妈对小主人说：“你把那个‘啤酒桶‘送给妹妹行吗?”“这怎么行，这可是爸爸从南京带回来的，不能送给她!”小主人斩钉截铁地回答。“嗨，反正东宁超市也有‘啤酒桶’了，不要这么小气了。”说着，小主人的妈妈正想伸手来拿我时，小主人对妈妈说：“那我去东宁买一个，总行?”“真拿你没办法，那快去快回吧!”过了三十分钟，小主人满头大汗，手中提着一个和我长得一模一样的削笔刀，送给了妹妹。
《啤酒桶与小老鼠》教案 篇3
活动目标
1、理解故事内容，大胆讲话，能用连贯的语言表达自己的意愿。
2、初步感受故事中角色的情绪变化，尝试表演故事。
活动准备
故事课件，乐曲《啤酒桶波尔卡》等。
活动重点及难点
重点：大胆地说出自己的想法，较准确地表达意愿。
难点：感受故事中角色的情绪变化，主动参与表演活动。
活动过程
1、演示动画课件，鼓励儿童积极猜想并大胆讲出自己的想法。
儿童跟音乐自由入座，教师与儿童谈话引出话题。教师提问：请小朋友把看到的故事讲给大家听，看到什么就讲什么。
2、教师讲述故事，帮助儿童理解故事内容。
首先，教师与儿童共同讲述故事。教师提问：小朋友们都讲了故事，老师也想讲讲这个故事，请小朋友和老师一起讲。
其次，根据故事情节引导儿童练习对话。教师提问：小老鼠想和啤酒桶跳舞，可啤酒桶为什么不高兴？大家想想办法让啤酒桶高兴起来。小老鼠会和啤酒桶说什么悄悄话呢？(教师要帮助儿童体会故事中不同角色的情绪变化，鼓励儿童创编对话，提醒儿童注意对话的语气)再次，引导儿童根据故事情节创编动作。
3、让儿童尝试表演故事，并鼓励他们积极参与活动。
讨论表演故事时的有关规则。根据儿童的意愿分配角色，教师组织表演并旁白故事。鼓励儿童对自己和同伴的表演进行简单的评价并对如何才能更好地表演提出建议。
4、根据讨论的建议，鼓励儿童自己想办法解决问题，如：如何制作道具、布置背景等，为下次排练做准备。
活动延伸
儿童用自己制作的道具在表演区中继续排练。
活动反思
以上活动设计是在与同事们的共同讨论下经过反复修改定下来的，可是在实施活动时还是遇到了许多值得反思的问题。
一是教师提问的有效性。大班儿童语言的发展已经达到一定的水平，我在设计提问时注意每次提问的有效性。如：“小朋友看到是谁来了？她来干什么？”“啤酒桶不能和小老鼠跳舞，它的心情怎么样？表情会怎么样？”等。让儿童把自己的想法充分说出来并及时给予鼓励和肯定，可以让其再说一遍，让其他儿童加强记忆。儿童的思维很容易受到他人的干扰，在活动中很常见的现象是，一个儿童说出答案后其他儿童都跟着他说，没有自己的想法，这就需要教师及时给予引导。如，在活动中儿童看到动画片中的仙女后，教师问：“如果你是小老鼠，你会怎样帮助啤酒桶？”大部分儿童都说请仙女来帮忙。因此我就提醒儿童：“如果是我就会请孙悟空来帮忙。”儿童马上就想出来“请魔法师、请如来佛、找一只有魔法的笔来画”等方法。总之，活动中教师一定要设计好每一个环节的提问。
二是儿童的参与性。教师在进行教育活动时一定要把儿童放到第一位，不能在活动中出现教师只顾进行设计好的活动环节，而不顾及儿童的反应。本次活动的每一步都考虑要为儿童足够的空间来参与。开始时让儿童进行猜想，充分发挥儿童的想象力。接着，教师通过生动的讲述和肢体语言，引导儿童倾听、模仿。然后，鼓励儿童间相互练习对话，并用动作表现出来为下一步的表演打下基础。最后，在表演部分请儿童按自己的意愿选择角色，并讨论表演的要求。整个活动中儿童都是主动而快乐地参与其中。
三是教师的感染力。教师积极、诚恳和热情的态度能很好地感染儿童。在活动中，我经常用商量的口吻和儿童说话，让儿童感到师幼之间的平等。在表演时，我让儿童给我也安排一个角色，他们帮我安排了旁白和太阳的角色，原因是我穿着红颜色的衣服、个子高、很漂亮，等等。教师的参与进一步激发了儿童活动的兴趣和热情。