龔雄文 肖蘇華 高延增

（1．廣州城市職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510405；2．廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510403）

當(dāng)前，面包制作企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要在烘焙之前把面包進(jìn)行發(fā)酵處理，發(fā)酵過(guò)程往往需要幾個(gè)小時(shí)。為了能在早餐時(shí)間準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)制作好的面包，工作人員半夜就必須開(kāi)始工作，完成和面、造型、發(fā)酵、烘焙這幾道工序，其中發(fā)酵工序用時(shí)最長(zhǎng)［1，2］。食品行業(yè)已有的研究［3，4］表明，對(duì)面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、濕度進(jìn)行精確控制，能有效改善面包的口感、提高品質(zhì)。因此，研發(fā)并推廣一種面包制作的一體化控制系統(tǒng)，能解決當(dāng)前行業(yè)普遍存在的問(wèn)題，并提高面包的品質(zhì)，具有實(shí)際意義。

本試驗(yàn)擬研究面團(tuán)冷藏、發(fā)酵機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)已完成造型面團(tuán)的冷藏、解凍、發(fā)酵工序進(jìn)行一體化控制，改善面包制作產(chǎn)業(yè)工人的工作方式：下班前完成和面，造型工序，放入面團(tuán)冷藏、解凍、發(fā)酵一體化設(shè)備中，工人即可下班；第2天早上上班取出已發(fā)酵好的面包進(jìn)行烘焙。同時(shí)，控制系統(tǒng)能對(duì)面包生產(chǎn)過(guò)程中的各參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確控制，提高了面包的出廠(chǎng)品質(zhì)。

1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)要進(jìn)行冷藏、解凍、發(fā)酵一體化控制，需要有1路溫度檢測(cè)輸入和6路繼電器輸出，分別控制制冷壓縮機(jī)、除霜加熱絲、制冷風(fēng)扇、解凍與發(fā)酵加熱絲、加濕電磁閥、發(fā)酵風(fēng)扇。被檢測(cè)溫度范圍－20～60 ℃，檢測(cè)精度±0．5 ℃，因此采用NTC作為溫度傳感元件。

為了精確定時(shí)，并且在停電狀態(tài)下不中斷計(jì)時(shí)，采用了I2C接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片PCF8563，且計(jì)時(shí)電路采用電池供電。

在人機(jī)界面方面，考慮到系統(tǒng)按先后順序有冷藏、解凍、發(fā)酵3個(gè)階段，參照地鐵運(yùn)行線(xiàn)路指示燈面板，把3個(gè)階段按先后順序從左到右排列，每個(gè)階段用紅綠雙色LED 進(jìn)行指示，已完成的階段用紅色長(zhǎng)亮指示，當(dāng)前階段用紅色閃爍指示，未完成的階段用綠色長(zhǎng)亮指示。需要設(shè)置的工作參數(shù)較多，有些參數(shù)還要實(shí)時(shí)顯示，因此，共需數(shù)碼管8位、LED共18位、按鍵7位、報(bào)警用蜂鳴器1位。為了節(jié)省單片機(jī)I／O 口的使用量，采用兩片74HC595級(jí)聯(lián)的方法，并通過(guò)軟件上的處理，就能用3位輸出獲得16位輸出的控制效果。

綜合以上的控制要求，選用了Cortex－M0內(nèi)核的ARM單片機(jī)LPC1114作為控制器，這是一種32位CPU，使用內(nèi)部時(shí)鐘源即可工作在48 MHz，具有42 個(gè)通用輸入輸出（GPIO）引腳，片內(nèi)集成了8通道10位ADC、I2C 總線(xiàn)接口、Flash，這些特性完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求，而且價(jià)格較低，適合產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)使用。

繼電器接通、斷開(kāi)瞬間會(huì)通過(guò)電氣耦合路徑對(duì)周?chē)碾娐沸纬蓮?qiáng)烈的干擾，為了提高本系統(tǒng)的工作可靠性，應(yīng)該切斷控制電路與繼電器的電氣耦合路徑。所以本系統(tǒng)分成兩塊電路板（PCB）：①控制板，②繼電器板?？刂瓢迳弦怨怦铍娐窞榻涌谶B接繼電器板，繼電器板上使用一個(gè)單相三繞組變壓器，這就有兩個(gè)副邊繞組，一個(gè)副邊繞組給繼電器板供電，另一個(gè)副邊繞組給控制板供電，從而使兩塊電路板沒(méi)有電氣耦合，保證控制電路的工作可靠性。

2 軟件設(shè)計(jì)

圖1為軟件流程圖。

圖1 主程序流程圖Figure1 The flow chart of main program

用戶(hù)在進(jìn)行“起動(dòng)”操作時(shí)，系統(tǒng)把當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)間存入Flash中，用戶(hù)設(shè)置的工作參數(shù)也存儲(chǔ)于Flash 中，這樣，讀取Flash中的數(shù)據(jù)，就能形成一個(gè)工作時(shí)間表，再對(duì)照實(shí)時(shí)時(shí)鐘，就能計(jì)算當(dāng)前的工作階段。因?yàn)镕lash存儲(chǔ)器掉電不丟失數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)在短時(shí)停電事件中恢復(fù)過(guò)來(lái)后，仍然能準(zhǔn)確地執(zhí)行工作時(shí)間表，準(zhǔn)時(shí)地交付產(chǎn)品。在“運(yùn)行處理子程序”中，也要進(jìn)行“讀Flash數(shù)據(jù)－讀實(shí)時(shí)時(shí)間－模式判斷”的操作，以便時(shí)間條件滿(mǎn)足時(shí)進(jìn)入下一個(gè)階段。

在制冷階段，因面團(tuán)水分蒸發(fā)，容易結(jié)霜，所以要定期除霜。壓縮機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于大功率三相異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)避免頻繁起動(dòng)，所以設(shè)置了制冷延時(shí)，停止制冷之后的制冷延時(shí)時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)不起動(dòng)。制冷程序流程見(jiàn)圖2。

圖2 制冷程序流程圖Figure2 The flow chart of refrigeration program

3 系統(tǒng)功能

按先后次序具有制冷、解凍、發(fā)酵3個(gè)工作模式，操作者可以選擇從任意一種模式開(kāi)始啟動(dòng)一個(gè)工作周期。在生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)對(duì)最終的面包產(chǎn)品總體品質(zhì)會(huì)有較大影響，例如冷卻條件等相關(guān)參數(shù)不當(dāng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表皮脫落［5］，因此本系統(tǒng)允許操作者通過(guò)設(shè)置各個(gè)模式下的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制和調(diào)節(jié)，以適應(yīng)生產(chǎn)各種不同類(lèi)型產(chǎn)品的需要。參數(shù)被修改后能持續(xù)保存，不受斷電的影響。各參數(shù)規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 參數(shù)規(guī)格Table1 Parameter specification

本系統(tǒng)具有工作模式自動(dòng)判斷功能。若系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中斷電，恢復(fù)供電時(shí)，能自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、開(kāi)始運(yùn)行時(shí)間和所設(shè)置的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出當(dāng)前的工作模式，即系統(tǒng)按時(shí)間表運(yùn)行，斷電不影響系統(tǒng)計(jì)時(shí)，恢復(fù)供電時(shí)，能自動(dòng)在時(shí)間表上找到當(dāng)前時(shí)間的任務(wù)繼續(xù)運(yùn)行。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)所述的冷藏、解凍和發(fā)酵一體化控制的系統(tǒng)，已應(yīng)用于廣州生產(chǎn)面包的企業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了生面團(tuán)造型之后的冷藏、解凍、發(fā)酵三道工序一體化控制。采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘和Flash存儲(chǔ)時(shí)間信息的辦法，解決了短時(shí)停電事故對(duì)產(chǎn)品交付時(shí)間影響的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)工作的可靠性，提高了面包制作行業(yè)的自動(dòng)化水平。

1 劉傳富，董海洲，侯漢學(xué)．冷凍面團(tuán)面包的生產(chǎn)技術(shù)及其前景展望［J］．糧食與飼料工業(yè)，2002（2）：39～40．

2 楚炎沛．日益發(fā)展的冷凍面團(tuán)面包生產(chǎn)技術(shù)［J］．糧食與飼料工業(yè)，2008（4）：24～26．

3 陸婕，管筱武．冷凍面團(tuán)冷凍貯存和解凍的工藝［J］．食品與發(fā)酵工業(yè)，2001（2）：47～51．

4 李?lèi)?ài)華，金茂國(guó)．冷凍面團(tuán)技術(shù)——國(guó)內(nèi)面包加工新模式［J］．食品與機(jī)械，2000（1）：14～15．

5 呂瑩果，范晨麗，陳潔，等．冷卻條件對(duì)預(yù)烤冷凍面包面團(tuán)品質(zhì)的影響［J］．食品與機(jī)械，2012，28（4）：161～163．