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        單片機(jī)的牦牛肉冰點(diǎn)保鮮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2020-05-09 10:22:18鞠昊翀高紅梅王輝
        關(guān)鍵詞:保鮮

        鞠昊翀 高紅梅 王輝

        摘 ? 要:本文針對(duì)牦牛肉的冰溫保鮮,結(jié)合單片機(jī)的溫度控制原理,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了牦牛肉冰點(diǎn)保鮮系統(tǒng)。系統(tǒng)由stc89c52單片機(jī)作為控制芯片,由數(shù)字溫度傳感器ds18b20和lcd1602液晶屏構(gòu)成的。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制、液晶顯示、語(yǔ)音控制和溫度采集部分組成,實(shí)現(xiàn)了對(duì)牦牛肉的冰溫保鮮,對(duì)農(nóng)牧民和牦牛肉商家延長(zhǎng)牦牛肉保鮮期并同時(shí)保證牦牛肉的品質(zhì)有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:牦牛肉冰溫 ?單片機(jī)控制 ?保鮮

        中圖分類號(hào):TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):1674-098X(2020)01(a)-0112-03

        牦牛肉一直是西藏的重要營(yíng)銷食品,延長(zhǎng)牦牛肉的保鮮勢(shì)在必行。目前,市場(chǎng)上已有的保鮮技術(shù)包括:冷藏、冷鏈、氣調(diào)。然而,這些技術(shù)存在一些不理想的狀態(tài),尤其對(duì)好氧菌不能起到有效的抑制作用。針對(duì)牦牛肉的保鮮,鄭文豪做過(guò)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1],付麗做過(guò)天然保鮮劑與冰溫保鮮協(xié)同對(duì)牛肉保鮮效果的研究[2]。拉薩市場(chǎng)現(xiàn)在多采用冰凍,掛賣的方式進(jìn)行售賣,這嚴(yán)重影響了牛肉的新鮮度。冰鮮保溫技術(shù)是新的一種新型的保鮮技術(shù),采用該技術(shù),能夠在保證細(xì)胞活性的前提下抑制好氧菌等微生物的滋生。因此,開(kāi)展對(duì)拉薩牦牛肉的冰溫保鮮的研究與分析, 具有很好的實(shí)踐意義。

        1 ?研究背景

        1.1 冰溫保鮮

        冰溫保鮮技術(shù)是指將食品的貯藏溫度控制在其冰溫帶的范圍內(nèi),即通過(guò)測(cè)試,確定不同食品的冰點(diǎn)溫度,從而確定其“冰溫帶”,然后將該食品放置在自身的冰溫帶范圍內(nèi)的合適溫度點(diǎn)進(jìn)行貯藏。

        冰溫貯藏的機(jī)理是:將食品的貯藏在它自身的冰溫帶范圍內(nèi),以便維持其組織細(xì)胞的活性。研究學(xué)者們一致認(rèn)為冰溫保鮮技術(shù)是在冷藏和凍藏技術(shù)上的質(zhì)的突破。冰溫保鮮技術(shù)并非指水的冰點(diǎn)溫度,不同食品的冰點(diǎn)溫度不同。在對(duì)某種食物進(jìn)行冰溫貯藏時(shí),必須探索研究實(shí)驗(yàn)其合適的“冰溫帶”。

        1.2 單片機(jī)背景

        單片機(jī)具有很高的性價(jià)比,其用來(lái)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新所涉及的領(lǐng)域尤其多,只需要一個(gè)芯片與簡(jiǎn)單的一些外圍元件就可以形成一個(gè)智能控制系統(tǒng)。此外,單片機(jī)還具有很高的集成度,其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),大幅度減少了外圍線路的連接,這使得其具有很高的抗干擾的特性。綜上所述 ,采用單片機(jī)作為控制核心,具有很高的創(chuàng)新性,而且在控制上更是有豐富的指令能夠滿足我們控制精確,抗干擾性強(qiáng)的需求。

        1.3 拉薩牦牛肉特點(diǎn)

        作為生長(zhǎng)在海拔極高的西藏牦牛,它們以純天然的草料為食,肉質(zhì)純凈不含有一丁點(diǎn)的激素,同時(shí)由于生長(zhǎng)在高原的原因,其肉質(zhì)呈現(xiàn)稀少的高原紅色。除此之外牦牛肉還有高蛋白、低脂肪并含有多種微量元素的特點(diǎn),正是如此,牦牛肉成為國(guó)家公認(rèn)的高級(jí)肉類,而且其功效具有補(bǔ)血,促進(jìn)人體的生長(zhǎng)發(fā)育,更有助于促進(jìn)人體組織細(xì)胞的修復(fù)。相比而言,內(nèi)地的牛肉為了供應(yīng)市場(chǎng)的需求大多都是養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行養(yǎng)殖的,基本上都是會(huì)含有一些激素,對(duì)人的身體也會(huì)產(chǎn)生一些不可避免的影響。由此足以看出西藏牦牛肉的優(yōu)質(zhì)性。然而現(xiàn)在大多數(shù)的牦牛肉都是因?yàn)檫\(yùn)輸不便的原因,將出售不完的牛肉冰凍起來(lái),當(dāng)有需求的時(shí)候再進(jìn)行解凍,周而復(fù)始的冰凍解凍會(huì)大大地降低肉類的營(yíng)養(yǎng)成分并且會(huì)影響肉的組織細(xì)胞的活性。所以進(jìn)行牦牛肉的保鮮勢(shì)在必行。

        2 ?研究設(shè)計(jì)

        2.1 溫度傳感器的選擇

        模擬集成傳感器對(duì)于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助,但需要放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路,電路設(shè)計(jì)較為繁瑣。而數(shù)字單片智能溫度傳感器DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,其溫度測(cè)量范圍為-55℃~125℃,其工作電源既可采用寄生電源方式產(chǎn)生,也可在遠(yuǎn)端引入。并且僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器的雙向通信,多個(gè)DS18B20還可以將數(shù)據(jù)線并聯(lián)到CPU的同一根數(shù)據(jù)線上,占用CPU的端口較少,制作簡(jiǎn)單,外接電路簡(jiǎn)單。因此本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器DS18B20。

        2.2 單片機(jī)的選擇

        采用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器主要是由于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求低,軟件資源豐富。使用STC單片機(jī)更是只需要串口就可以實(shí)現(xiàn)程序下載,無(wú)需專用的下載器和仿真器,具有很高的性價(jià)比,單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),軟件編程靈活,自由度大,可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能,本身帶有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器,可以用來(lái)定時(shí)和計(jì)數(shù)。從設(shè)計(jì)的實(shí)用性,方便性和成本出發(fā),選擇了以STC89C52單片機(jī)作為中央處理單元。

        2.3 LCD1602液晶顯示模塊

        (1)重要的管腳功能。

        1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口,其中:第1引腳:GND或者VSS通常接地;第2引腳:VCC接+5V;第7~14引腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15~16腳:空腳或背燈電源。第15引腳背光正極,第16引腳背光負(fù)極。

        (2)特性。

        3.3V或5V工作電壓,對(duì)比度可調(diào)內(nèi)含復(fù)位電路提供清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍。并且有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。

        (3)特征應(yīng)用。

        耗能低、顯示數(shù)據(jù)多并且提供清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能的各種控制命令。另外1602可以識(shí)別ASCII碼,所以在實(shí)際測(cè)試中可以用ASCII碼直接賦值,在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值。

        2.4 DS18B20傳感器

        (1)概述。

        可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)處理器處理。測(cè)量的溫度范圍是-55℃~125℃,測(cè)溫誤差0.5℃??删幊谭直媛?~12位,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃,0.25℃,0.125℃和0.0625℃。相較熱電偶傳感器而言可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。

        (2)特性。

        DS18B20傳感器無(wú)需外圍元件,其供電范圍為3.0V至5.5V,溫度可測(cè)量范圍為:-55℃~+125℃(-67℉~+257℉);當(dāng)溫度范圍超過(guò)-10℃~85℃之外時(shí)具有±0.5℃的精度,內(nèi)部溫度采集精度可以由用戶自定義為9-Bits至12-Bits。

        (3)管腳定義。

        Pin1:(VDD),可選的電源引腳;

        Pin2:(DQ),單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳;

        Pin3:(VDD),接地端,電源負(fù)極;

        (4)DS18B20模塊電路圖。

        DS18B20的模塊電路圖如圖1所示,其引腳包括1號(hào)地信號(hào)引腳,2號(hào)數(shù)據(jù)輸入輸出引腳開(kāi)漏單總線接口引腳,3號(hào)可選擇的VDD引腳。

        2.5 系統(tǒng)框圖

        由最小的單片機(jī)系統(tǒng)stc89c52作為最小的控制系統(tǒng),這里采用LCD1602液晶顯示作為顯示模塊替換了以前的數(shù)碼管顯示。如圖2所示。

        2.6 系統(tǒng)的總原理圖

        通過(guò)仿真原理圖可以直觀的看出各模塊的線路以及接口連接情況,并且可以進(jìn)行測(cè)試,以確保各模塊功能得到實(shí)現(xiàn),如圖3所示。該圖是proteus仿真的各模塊的連接電路原理圖。

        3 ?保鮮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        3.1 總體程序流程圖

        本系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的掃描。接著就進(jìn)入一個(gè)死循環(huán),死循環(huán)執(zhí)行以下內(nèi)容:(1)讀取當(dāng)前的溫度值;(2)顯示檢測(cè)到的溫度值;(3)判斷檢測(cè)到的溫度是否超出設(shè)置的上下限,是的話則啟動(dòng)聲光報(bào)警,還有模擬恒溫裝置;(4)延時(shí)并進(jìn)行按鍵掃描,若檢測(cè)到按鍵按下,則進(jìn)入溫度上下限設(shè)置的狀態(tài)。

        3.2 溫度傳感器程序

        讀取溫度值的流程圖如圖4 所示,首先是初始化傳感器,相當(dāng)于是一次復(fù)位的過(guò)程,由于本設(shè)計(jì)只接了一個(gè)傳感器,因此無(wú)需區(qū)別傳感器的序列號(hào),直接發(fā)一個(gè)指令0xcc跳過(guò)ROM尋找,接著發(fā)一個(gè)0x44的指令給傳感器,讓傳感器啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。然后再次復(fù)位傳感器,接著還是一樣的跳過(guò)ROM指令0xcc,再往下就是發(fā)0xbe給傳感器準(zhǔn)備讀取傳感器的檢測(cè)結(jié)果,最后就是讀取傳感器返回的檢測(cè)結(jié)果。

        4 ?結(jié)語(yǔ)

        本設(shè)計(jì)首先構(gòu)建先進(jìn)的溫度控制體系,以保證可以精確的測(cè)溫。以功能強(qiáng)大的數(shù)字單片智能溫度傳感器等優(yōu)秀合理的器件進(jìn)行構(gòu)建,保障了體系的穩(wěn)定性、精確性、可穩(wěn)定性和維護(hù)性。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)從而測(cè)出牦牛肉的冰溫帶,從而為牦牛肉的冰溫控制體系提供溫度基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單,但卻是溫度控制領(lǐng)域的基石,此體系更是有很大的改進(jìn)和創(chuàng)新空間,可從多個(gè)方向出發(fā)進(jìn)行擴(kuò)展,從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的溫度控制體系,如進(jìn)一步擴(kuò)展構(gòu)建成本較大的冰溫控制體系,甚至可以加上無(wú)線收發(fā)模塊,這樣就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線接收數(shù)據(jù)并處理控制。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 鄭文豪,趙鵬,李剛.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2019(11):72-74.

        [2] 付麗,黨美珠,胡曉波,等.皇甫幼宇.天然保鮮劑與冰溫保鮮協(xié)同對(duì)牛肉保鮮效果的研究[J].食品工業(yè)科技,2018,39(17):263-268,275.

        [3] 陳雪,羅欣,朱立賢,等.牛羊肉冰溫保鮮技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品科學(xué),2019,40(7):314-319.

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