楊永明

(湖北民族學(xué)院 理學(xué)院，湖北 恩施 445000)

圖1 商用豆?jié){機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1所示為一種常用商用豆?jié){機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖.加工豆?jié){時(shí)，首先關(guān)閉抽漿電磁閥并打開(kāi)磨漿電磁閥，將黃豆和水加入磨漿桶，電機(jī)啟動(dòng)后，在磨漿輪和抽漿泵的共同作用下，磨漿桶中的黃豆和水不斷循環(huán)，黃豆被磨碎.隨后，抽漿電磁閥打開(kāi)，磨漿電磁閥關(guān)閉，被磨好的生豆?jié){即被抽到熬漿桶中，這時(shí)電加熱器以全功率對(duì)生豆?jié){加熱，待豆?jié){升至一定溫度后，電加熱器切換到小功率開(kāi)始熬漿，一段時(shí)間后豆?jié){就加工完成.因此豆?jié){的加工可大致分為磨漿、抽漿、煮漿、熬漿四個(gè)步驟[1].

目前國(guó)內(nèi)外的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)普遍存在的主要不足有：系統(tǒng)不夠靈活，不能單獨(dú)設(shè)置各個(gè)制漿過(guò)程的參數(shù)，只能用于加工一種或幾種原料的豆?jié){；制漿過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)(如時(shí)間)未顯示，不方便使用；沒(méi)有掉電參數(shù)保存功能，若制漿過(guò)程中停電，則只能重新制漿；部分豆?jié){機(jī)的防溢和防焦功能不夠完善，仍存在豆?jié){溢出和焦化問(wèn)題[2].

本文介紹的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于：能針對(duì)不同的加工原料單獨(dú)設(shè)置制漿的各個(gè)過(guò)程參數(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性；采用240×128點(diǎn)陣液晶屏實(shí)時(shí)顯示制漿時(shí)間、制漿過(guò)程、運(yùn)行狀態(tài)、制漿模式等參數(shù)，方便了使用；具有掉電參數(shù)保存功能，若制漿過(guò)程中停電，系統(tǒng)能保存停電時(shí)的狀態(tài)參數(shù)，來(lái)電后，系統(tǒng)繼續(xù)制漿，不需重新開(kāi)始；系統(tǒng)熬漿采用小功率加熱，避免了豆?jié){焦化；系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)防溢探頭判斷豆?jié){是否即將溢出，并采取相應(yīng)措施，避免了豆?jié){溢出.

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示.其中液晶屏采用240×128點(diǎn)陣液晶屏.電機(jī)、磨漿電磁閥、抽漿電磁閥經(jīng)過(guò)電氣接口板上的電磁繼電器間接控制.由于電加熱器功率較大，故通過(guò)固態(tài)繼電器進(jìn)行控制.

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖3 掉電檢測(cè)電路

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC12C5A32AD單片機(jī)介紹

STC12C5A32AD單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，集成了AD轉(zhuǎn)換、掉電檢測(cè)、看門(mén)狗、EEPROM等功能.本控制系統(tǒng)需要用熱電阻測(cè)溫，需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而檢測(cè)液位也可以用AD轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)，因此可采用多路AD轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn).另外，單片機(jī)的EEPROM可用于系統(tǒng)參數(shù)的存儲(chǔ).掉電檢測(cè)功能可用于掉電時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的保存.采用該單片機(jī)大大簡(jiǎn)化了主控板的外圍電路.

2.2 掉電檢測(cè)電路

為了斷電后仍然能保存系統(tǒng)參數(shù)，需要將系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)在單片機(jī)的EEPROM區(qū).因此需要啟用單片機(jī)的掉電檢測(cè)功能.STC12C5A32AD的EX_LVD/P4.6引腳是多功能IO口，可設(shè)置為掉電檢測(cè)輸入口.在系統(tǒng)斷電后，單片機(jī)除了要檢測(cè)到系統(tǒng)斷電外，還需要一部分能量完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作，這部分電路如圖3所示.在正常工作時(shí)，外部電壓通過(guò)二極管D后加到單片機(jī)電源端，同時(shí)對(duì)電容C充電.當(dāng)VDD消失后，單片機(jī)通過(guò)EX_LVD/P4.6引腳檢測(cè)到系統(tǒng)斷電，這時(shí)電容C開(kāi)始放電為單片機(jī)提供能量保存系統(tǒng)參數(shù).電位器R用來(lái)調(diào)節(jié)EX_LVD/P4.6引腳輸入電壓與掉電檢測(cè)門(mén)檻電壓的匹配.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 掉電檢測(cè)

當(dāng)P4SW寄存器的第6位LVD_P4.6為0時(shí)，STC12C5A32AD的EX_LVD/P4.6引腳被設(shè)置為掉電檢測(cè)輸入口.當(dāng)該引腳的電壓低于內(nèi)部檢測(cè)門(mén)檻電壓時(shí)，PCON的第5位LVDF將置1.單片機(jī)可根據(jù)LVDF的狀態(tài)判斷是否掉電，并采取相應(yīng)措施.本系統(tǒng)采用查詢(xún)方式檢測(cè)系統(tǒng)是否掉電，若掉電則保存系統(tǒng)參數(shù)，程序如下所示：

if(PCON&0X20)//系統(tǒng)掉電檢測(cè)

{

PCON&=0Xdf;//將LVDF位清零

adc_delay(100);//延時(shí)10ms

if(PCON&0X20)//再次讀LVDF,若還為1則確定為掉電，做好數(shù)據(jù)保護(hù)工作

{

EA=0;//關(guān)中斷

milling_pin=1;//停止磨漿

cooking_pin=1;//停止煮漿

system_para_save();//保存系統(tǒng)參數(shù)

PCON&=0Xdf; //將LVDF位清零

while(1);

}

}

3.2 顯示及菜單程序

本系統(tǒng)采用240×128點(diǎn)陣液晶屏進(jìn)行顯示，用菜單進(jìn)行操作.液晶屏與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)采用并行傳輸.液晶屏的顯示區(qū)分為狀態(tài)顯示區(qū)和菜單顯示區(qū)，狀態(tài)顯示區(qū)用來(lái)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行模式、過(guò)程運(yùn)行時(shí)間、熬漿桶溫度等.菜單區(qū)顯示操作菜單以及系統(tǒng)參數(shù).狀態(tài)區(qū)和菜單區(qū)的每一顯示項(xiàng)的字模、顯示地址、顯示長(zhǎng)度等顯示參數(shù)都存儲(chǔ)在單片機(jī)的ROM區(qū)，當(dāng)需要顯示某一項(xiàng)時(shí)，采用查表法查詢(xún)?cè)擁?xiàng)的顯示信息，并送入LCD進(jìn)行顯示[3-4].這種方式可大大減輕CPU的處理負(fù)擔(dān).

3.3 防溢和防焦

在對(duì)豆?jié){進(jìn)行加熱時(shí)，若加熱器長(zhǎng)時(shí)間以全功率加熱會(huì)導(dǎo)致加熱器局部溫度過(guò)高而使得粘附在加熱器上的豆?jié){焦化燒糊，因此當(dāng)加熱器以全功率對(duì)豆?jié){加熱到一定溫度后，切換到小功率對(duì)豆?jié){進(jìn)行加熱，這樣可避免豆?jié){焦化.在熬漿時(shí)，熬漿桶內(nèi)的液體(主要是泡沫)容易溢出，因此在泡沫即將溢出時(shí)必須停止加熱[5].探頭3的作用就是檢測(cè)熬漿桶內(nèi)液體是否即將溢出.當(dāng)程序檢測(cè)到熬漿桶內(nèi)液位超過(guò)探頭3時(shí)，關(guān)閉加熱器，待泡沫慢慢褪去后，程序重新打開(kāi)加熱器加熱，如此反復(fù).

3.4 總程序流程

表1 各個(gè)過(guò)程參數(shù)

由于豆?jié){的制作過(guò)程依次為磨漿、抽漿、煮漿、熬漿，因此程序需按這個(gè)順序?qū)Χ節(jié){機(jī)進(jìn)行控制.磨漿完成的條件是磨漿時(shí)間等于設(shè)置的磨漿時(shí)間；抽漿完成的條件是磨漿桶水位低于下限值；煮漿完成的條件是熬漿桶內(nèi)豆?jié){的溫度等于設(shè)置的煮漿終溫；熬漿完成的條件是熬漿時(shí)間等于設(shè)置的熬漿時(shí)間.豆?jié){機(jī)的工作模式分為手動(dòng)和自動(dòng)模式兩種，在手動(dòng)模式下，需要選擇四個(gè)過(guò)程中的一個(gè)過(guò)程，按下開(kāi)始按鈕后啟動(dòng)，過(guò)程完成后系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴聲.在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)依次執(zhí)行四個(gè)過(guò)程，四個(gè)過(guò)程完成后系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴聲[6-8].在豆?jié){制作過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)異常則會(huì)報(bào)警并停止制作.如磨漿時(shí)水位過(guò)低，煮漿時(shí)水位過(guò)高或過(guò)低、溫度傳感器異常等.制漿各個(gè)過(guò)程的參數(shù)可以分別進(jìn)行設(shè)置，如磨漿時(shí)間、煮漿終溫、熬漿時(shí)間、熬漿火勢(shì)(1～10級(jí))等.

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別以黃豆、大米、五谷為原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選用的豆?jié){機(jī)加熱功率為5 kW，制漿容量35 L，環(huán)境溫度18℃.用本控制系統(tǒng)進(jìn)行控制加工35 L豆?jié){時(shí)各個(gè)過(guò)程參數(shù)按表1進(jìn)行設(shè)置，可分別加工出豆?jié){、米糊和五谷漿.加工過(guò)程中，未出現(xiàn)液體溢出以及焦化現(xiàn)象.制漿過(guò)程、制漿時(shí)間、制漿模式、系統(tǒng)狀態(tài)等參數(shù)均顯示在狀態(tài)欄中，操作方便.

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