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.