面团冷藏、解冻、发酵一体化控制系统

2013-03-20龚雄文肖苏华高延增

食品与机械 2013年6期

龚雄文肖苏华高延增

（1．广州城市职业学院，广东广州 510405；2．广州民航职业技术学院，广东广州 510403）

当前，面包制作企业生产过程中，需要在烘焙之前把面包进行发酵处理，发酵过程往往需要几个小时。为了能在早餐时间准时供应制作好的面包，工作人员半夜就必须开始工作，完成和面、造型、发酵、烘焙这几道工序，其中发酵工序用时最长［1，2］。食品行业已有的研究［3，4］表明，对面团发酵过程中的温度、湿度进行精确控制，能有效改善面包的口感、提高品质。因此，研发并推广一种面包制作的一体化控制系统，能解决当前行业普遍存在的问题，并提高面包的品质，具有实际意义。

本试验拟研究面团冷藏、发酵机控制系统，对已完成造型面团的冷藏、解冻、发酵工序进行一体化控制，改善面包制作产业工人的工作方式：下班前完成和面，造型工序，放入面团冷藏、解冻、发酵一体化设备中，工人即可下班；第2天早上上班取出已发酵好的面包进行烘焙。同时，控制系统能对面包生产过程中的各参数实现精确控制，提高了面包的出厂品质。

1 硬件设计

本系统要进行冷藏、解冻、发酵一体化控制，需要有1路温度检测输入和6路继电器输出，分别控制制冷压缩机、除霜加热丝、制冷风扇、解冻与发酵加热丝、加湿电磁阀、发酵风扇。被检测温度范围－20～60 ℃，检测精度±0．5 ℃，因此采用NTC作为温度传感元件。

为了精确定时，并且在停电状态下不中断计时，采用了I2C接口的实时时钟／日历芯片PCF8563，且计时电路采用电池供电。

在人机界面方面，考虑到系统按先后顺序有冷藏、解冻、发酵3个阶段，参照地铁运行线路指示灯面板，把3个阶段按先后顺序从左到右排列，每个阶段用红绿双色LED 进行指示，已完成的阶段用红色长亮指示，当前阶段用红色闪烁指示，未完成的阶段用绿色长亮指示。需要设置的工作参数较多，有些参数还要实时显示，因此，共需数码管8位、LED共18位、按键7位、报警用蜂鸣器1位。为了节省单片机I／O 口的使用量，采用两片74HC595级联的方法，并通过软件上的处理，就能用3位输出获得16位输出的控制效果。

综合以上的控制要求，选用了Cortex－M0内核的ARM单片机LPC1114作为控制器，这是一种32位CPU，使用内部时钟源即可工作在48 MHz，具有42 个通用输入输出（GPIO）引脚，片内集成了8通道10位ADC、I2C 总线接口、Flash，这些特性完全满足本系统的要求，而且价格较低，适合产品的规模生产使用。

继电器接通、断开瞬间会通过电气耦合路径对周围的电路形成强烈的干扰，为了提高本系统的工作可靠性，应该切断控制电路与继电器的电气耦合路径。所以本系统分成两块电路板（PCB）：①控制板，②继电器板。控制板上以光耦电路为接口连接继电器板，继电器板上使用一个单相三绕组变压器，这就有两个副边绕组，一个副边绕组给继电器板供电，另一个副边绕组给控制板供电，从而使两块电路板没有电气耦合，保证控制电路的工作可靠性。

2 软件设计

图1为软件流程图。

图1 主程序流程图Figure1 The flow chart of main program

用户在进行“起动”操作时，系统把当前的实时时间存入Flash中，用户设置的工作参数也存储于Flash 中，这样，读取Flash中的数据，就能形成一个工作时间表，再对照实时时钟，就能计算当前的工作阶段。因为Flash存储器掉电不丢失数据，所以系统在短时停电事件中恢复过来后，仍然能准确地执行工作时间表，准时地交付产品。在“运行处理子程序”中，也要进行“读Flash数据－读实时时间－模式判断”的操作，以便时间条件满足时进入下一个阶段。

在制冷阶段，因面团水分蒸发，容易结霜，所以要定期除霜。压缩机的动力来源于大功率三相异步电动机，应避免频繁起动，所以设置了制冷延时，停止制冷之后的制冷延时时间内压缩机不起动。制冷程序流程见图2。

图2 制冷程序流程图Figure2 The flow chart of refrigeration program

3 系统功能

按先后次序具有制冷、解冻、发酵3个工作模式，操作者可以选择从任意一种模式开始启动一个工作周期。在生产过程中的各种参数对最终的面包产品总体品质会有较大影响，例如冷却条件等相关参数不当时会导致产品表皮脱落［5］，因此本系统允许操作者通过设置各个模式下的参数来实现对产品质量的控制和调节，以适应生产各种不同类型产品的需要。参数被修改后能持续保存，不受断电的影响。各参数规格见表1。