摘 要

微生物发酵技术在生物、食品、制药和环境保护等方面都有广泛的应用。虽然我国在微生物发酵这方面有较早的应用如白酒酿造等，但与国外的微生物发酵工业控制技术相比还是有不小的差距。

在微生物发酵过程中，有许多因素会影响微生物的发酵，如温度、溶氧量、PH值、营养物等。可以说微生物发酵是一个十分复杂的过程，影响因素错综复杂。所以今天我们只考虑温度对于微生物发酵的影响。温度在微生物发酵过程中是一个重要的影响因素，所以我们要对微生物发酵过程中的温度进行实时监测，看微生物的发酵温度是否处于一个合适的范围，且最好能够对微生物的发酵温度进行调控。

本文提出了一种基于微控制器的温度监测系统设计方案，采用微处理器和数字温度传感器以及液晶实时显示温度构成一个简单的控制系统。能够实时监测微生物发酵过程的温度，并且当温度在阈值范围之外时能够报警提醒，且对温度进行调控。

关键词：微生物；发酵过程；温度监测

ABCTRACT

Microbial fermentation technology in biotechnology, food, pharmaceutical and environmental protection are widely used. Although China in this area has applications such as liquor brewing, but compared with foreign microbial fermentation technologies, we still have a lot things to do.

In the microbial fermentation process, there are many factors that affects, such as temperature, dissolved oxygen, PH value, and other nutrients. It can be said microbial fermentation is a very complex process, factors complex. So now we only care about the influence of temperature on microbial fermentation. The temperature is an important factor in the microbial fermentation process, so we want to monitoring microbial fermentation process temperature real-time to see whether microbial fermentation temperature in a suitable range, and we want to control microbial fermentation temperature.

This paper introduced a microcontroller-based temperature monitoring system that uses microprocessors and digital temperature sensor (DS18B20) and liquid crystal display the systems temperature in real-time. We can monitoring the microbial fermentation process temperature in real-time, and when the temperature is outside the threshold range the system will alarm and regulate the temperature.

Key words: Microbes, Fermentation process, Temperature monitoring system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 课题研究的内容 3

1.4 本章小结 4

第2章 微生物发酵过程温度监测系统总体设计方案 5

2.1 微生物发酵过程温度监测系统设计方案一 6

2.2 微生物发酵过程温度监测系统设计方案二 7

2.3 硬件系统方案的选择 8

第3章 微生物发酵过程温度监测系统硬件构成 9

3.1 微生物发酵过程温度监测系统硬件系统构成 9

3.1.1 微生物发酵过程温度监测系统硬件系统构成原理 10

3.2 构成模块功能分析 11

3.2.1 温度测量模块分析 11

3.2.2 温度显示模块分析 13

3.2.3 温度阈值报警功能 15

3.2.4 温度反馈调节功能 15

3.2.5 人工控制模块 17

第4章 微生物发酵过程温度监测系统软件设计 18

4.1 微生物发酵过程温度显示模块软件设计 18

4.2 微生物发酵过程过温反馈控制软件设计 19

4.3 主程序流程图 20

第5章 微生物发酵过程温度监测系统仿真 21

5.1 微生物发酵过程温度实时显示仿真 21

5.2 微生物发酵过程监测系统报警阈值仿真 22

5.2.1 微生物发酵过程温度过高报警仿真 22

5.2.2 微生物发酵过程温度过低报警仿真 23

5.3 微生物发酵过程温度反馈调节仿真 23

5.5 微生物发酵过程温度监测系统总体仿真图 25

5.6 本章小结 25

第6章 总结与展望 26

6.1 总结 26

6.2 研究展望 26

参考文献 27

实物图 28

附录A 仿真原理图 29

附录B 程序清单 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

微生物和人类生活一直有着紧密的联系，但是直到荷兰人列文虎克利用自己制造的显微镜来观察微生物，人们才开始真正的认识了解微生物。

其实微生物发酵过程有着悠久的历史，早在多年前，我们的祖先就已经学会了利用微生物来酿酒，供食用以及医药所用。虽然他们可能不明白其中的一些原理，但是不可否认，微生物发酵推动了人类社会的进步。

现如今，生物工程领域正处于快速发展的状态，微生物发酵技术在生物、食品、制药和环境保护等方面发挥着越来越重要的作用^[1]。随着相关技术的快速发展，微生物发酵工业也在不断地成长，可以说发酵工业处于一个良好的生长期，同样这引起各方面的关注和重视，但是发酵工业的设备技术相对于生物技术而言，还没有达到其要求。就微生物发酵罐来说，很多相关企业使用设备技术比较落后，很多过程环节依靠现场员工凭借他们的工作经验来手动操作控制。这样不仅使得员工工作强度大，而且有可能控制操作不及时，致使微生物发酵产量降低或者导致发酵失败，企业的效益得不到保证，不能够适应当今社会的需求。

当今是计算机的时代，无论是工业控制还是人们的日常生活领域，具有各种能力的微处理器应用十分广泛。经过统计，除了电脑，微处理器已经广泛应用于工业设备控制、通信设备、智能家居、医疗器具等各个领域。尤其在工业领域中有着广泛的应用，所以在自动化发展相对较薄弱的微生物发酵设备领域，对于我国微生物发酵行业尤其重要。所以将功能强大的微处理系统应用到微生物发酵领域里来，能够提高微生物发酵过程自动化控制程度，促进生物工程行业的发展，提高企业效益，促进相关行业经济的发展。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

虽然我国对于微生物发酵应用较早，但是由于一些因素的影响，使得我国的微生物发酵设备发展过程，尤其是自动化控制，国内技术设备总体来说落后国外不少。