智能酥油提炼机的设计与实现

张巧玲，肖 伟，益西拉姆，普 顿

（西藏大学 工学院 电子信息系，西藏 拉萨 850000）

西藏位于高原地带，其人民具有特殊的饮食习惯。酥油几乎是每个藏族人每日不可缺少的食品。以它为原料制作的酥油茶，是西藏僧俗民众、男女老幼日常饮用、待客、礼仪、祭祀等活动中的不可缺少的饮料。其次人们也把它和其他食物搭配着吃，富有民族特色和文化内涵。

目前，许多藏族牧民只是通过“雪董”（高1.3 m、直径0.3 m左右，原理类似于打气筒）的大木桶来提炼酥油。既费力又费时，由于靠人工，在提炼量方面也没有保证。一些地区虽然也使用洗衣机来提炼酥油，但是提炼出的成品不尽人意，因为这样虽然避免了对大量牛奶抽打而造成的不便，但在酥油的质量上没办法保证。

随着社会的发展，西藏与内地以及外国的交流与沟通日益频繁，西藏地区的特色食品，在满足自身需求的同时也有走出去的必要，而酥油作为藏民最热衷的食品之一，它的生产方式决定着产品是否能有更广阔的市场。由于传统的生产方式在资源利用以及效率方面存在很大的问题，本设计恰恰弥补了这一缺陷，使酥油生产过程更加人性化，既方便了藏族家庭使用，又继承了西藏的文化也可以根据实际情况将酥油产品化，进行大批量生产。

1 SPCE061A芯片介绍

随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）等领域。 凌阳的 16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的 μ’nSPTM（Microcontroller and Signal Processor）16 位微处理器芯片（以下简称μ’nSPTM）。围绕μ’nSPTM所形成的16位 μ’nSPTM系列单片机（以下简称 μ’nSPTM家族）采用的是模块式集成结构，它以μ’nSPTM内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。它还具有以下特点：体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展；具有较强的中断处理能力；高性能价格比；功能强、效率高；低功耗、低电压。

它可控制多个指令，更快更迅速地处理复杂的数字信号。表1为控制类指令。

2 系统硬件设计

根据各部分功能的需求，硬件组成框图如图2所示：主要由SPCE061A单片机[1-2]、键盘与提炼机主电机组成。通过单片机SPCE061A控制pwm波输出[2]，从而控制电机运转；电机控制电路模块[3]，通过控制pwm波占空比来控制电机的转速[4-5]；稳压电路模块主要是负责保护SPCE061A的正常工作[6]，处理电压不符合条件的电路情况，从而使酥油提炼机与单片机部分工作同步；LCD液晶显示模块，它的作用在酥油提炼机工作时显示必要的信息，使提炼机更加的人性化。

表1 控制类指令框图Tab.1 Class diagram of the control command

图1中的SPCE061A单片机正常工作电压为5 V，提炼机正常工作电压为220 V。

图1 系统硬件总体设计框图Fig.1 The overall design diagram of the system hardware

3 系统软件设计

本项目主要是面向西藏地区推广的，西藏的历史悠久，有独特的饮食习惯。酥油作为藏族同胞十分钟爱的食品。其生产工艺显得十分重要，传统方式既浪费时间又浪费人力，因此通过软件来实现相应的功能是必须的。

主程序是一个封闭的循环。IO端口初始化部分：主要按照硬件资源分配对IO端口的状态进行初始设置，包括IO口状态，设置上拉等操作，都在IO端口初始化子函数中完成。时间初始化：是初始化定时器。液晶显示初始化：主要是对液晶显示部分的相关数据线，控制线的状态进行设置。然后程序进入主循环，不断进行按键扫描，根据按键值进入相应的功能模块。也包含一些与控制相关的全局变量初始化都在该子函数中完成，程序流程图如下。

图2为主函数流程图，它包含是实现功能所需的指令：在程序开始时，首先进行清屏；显示相应的内容后，获取键值。通过判断当前键值是否为有效键值：若当前键值不是有效键值，则程序自动返回重新获取按键键值；若是有效键值，则根据键值进行相应的处理，其中包括计时程序初始化等。

图2 主程序控制流程图Fig.2 Flow chart of main program control

图3为时间初始化函数流程图，它的主要功能是实现计时功能，由于其需要显示当前工作时间所以在此程序开始之前首先要对液晶初始化，然后进入计时程序。计时程序依次为取消对IRQ5的屏蔽、设置系统时钟、开中断、开始计时并且显示当前工作状态，然后结束程序。

4 提炼机设计思路

酥油是藏族同胞十分喜爱的食品，但是酥油在提炼过程中，有好多不能人为控制的因素，造成了酥油提炼的综合质量不好。例如不同重量的酥油应该在不同提炼速度以及不同的提炼时间长度下进行，才能保证提炼出的酥油成品达到预想效果。而当前的酥油提炼条件并不具备控制具体时间与具体速度的功能。以此现状为切入点，通过大量的实验得出在一定重量范围内酥油的最佳提炼速度与提炼时间。本项目系统共设计了3个速度，以满足3个不同重量范围内酥油提炼的需求；3个时间段也通过统计分析，能为酥油提炼提供科学的时间。二部分结合可以实现酥油的高品质提取。这样使设计更加人性化更加方便藏族家庭使用，同时也传承了西藏的文化。

4.1 提炼机工作时显示界面

图4为提炼机工作时的显示界面。前面一个是初始界面，当确定键按下时，可以通过重量的范围根据提示进行选择，从而使系统自动进入相应速度，在相应时间内进行酥油的提炼。第二幅图是在一定质量范围内的原奶提炼过程中的工作界面，显示内容有：当前速度的显示，工作时间的显示，两者结合让实验者详细地掌握酥油提炼的具体进展。使得酥油提炼机更加人性化。

图4 提炼机工作时显示界面Fig.4 Refining machine work displayed

4.2 酥油提炼成品

此图展现了用本酥油提炼机提炼出的酥油成品。它比用传统方法提炼出的酥油成品质量要好、工作时间，工作速度也更科学，而且在操作方面比传统方式更简单，操作过程也更加的人性化。具有节约、高效的特点。

图5 酥油提炼成品Fig.5 Ghee refining finished

5 电流测试结果

表2为消耗电流测试表，它是在项目正常工作时，通过合理手段对包括主控板、液晶显示、电机转动等部分进行消耗电流测试。

表2 测试结果表Tab.2 Test results table

6 结束语

本设计方案采用了凌阳科技推出的一个16位结构的微处理器SPCE061A单片机，其主要应用在控制处理、数据处理以及数字信号处理等领域。本设计主要利用了此单片机的定时器与和计数器，让其产生控制电机转动的PWM波。利用中断系统，实现计时功能，通过继电器的通断实现了对电机的控制，最后完成了智能酥油提炼机的设计。通过对本设计进行检测，证明本设计能很好地解决酥油提炼过程中的提炼效率问题，项目实施性强。

[1]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：2001-2006.

[2]马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[3]胡翔骏.电路分析[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]陈国呈.PWM逆变技术及应用 [M].北京：中国电力出版社，2007.

[5]谭建军.新编电机控制专用集成电路与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[6]康华光.电子技术基础模拟部分[M].2版.北京：高等教育出版社，2001-2006.