[發(fā)明專利]可預編程的人機交互食品加工控制裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010142722.2
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101833294A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 徐旭丹;郭順堂;張冰雪;王震
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，包括上位機、USB連接線，上位機為帶有USB通訊接口的PC機，其特征在于，還包括下位機，上位機與下位機通過USB連接線連接；

上位機提供給用戶控制指令，控制指令包括原料粉碎控制、原料攪拌控制、食品加熱過程控制、電機轉速控制、食品加工控制裝置的特性參數(shù)設置和加工過程中的過程指令控制；用戶在上位機上選擇控制指令，該控制指令經(jīng)USB連接線輸出到下位機，下位機接收上位機發(fā)送的控制指令，控制相應硬件完成預期的功能，并實時采集食品加工過程的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，上位機接收并以圖形方式顯示溫度數(shù)據(jù)，存儲加熱過程參數(shù)；

所述下位機包括USB接口模塊、電源管理模塊、參數(shù)采集模塊、加熱執(zhí)行模塊、電機執(zhí)行模塊、單片機模塊以及基板；

基板為雙面印刷電路板，連接了USB接口模塊、電源管理模塊、參數(shù)采集模塊、加熱執(zhí)行模塊、電機執(zhí)行模塊及單片機模塊；

USB接口模塊包括B型USB接頭及外圍匹配電路，通過USB連接線連接上位機USB通訊接口和下位機單片機模塊中的USB通訊接口，接收上位機傳送的控制指令；

電源管理模塊由穩(wěn)壓芯片、整流橋、變壓器及外圍匹配電路組成，將外接的220V交流電供給下位機中電機執(zhí)行模塊和加熱執(zhí)行模塊，并將外接220V交流電處理為5V直流電供給下位機中電機執(zhí)行模塊、參數(shù)采集模塊和單片機模塊；

參數(shù)采集模塊包括K型熱電偶和溫度電壓轉換芯片，將測量的溫度數(shù)據(jù)轉換為相應數(shù)字信號，并將轉換結果輸出給單片機模塊；

加熱執(zhí)行模塊包括固態(tài)繼電器、外接加熱管，接收單片機給出的PWM波形信號，以一定頻率關斷/接通外接加熱管上的220V電壓；

電機執(zhí)行模塊由包含繼電器、晶體管、三端雙向可控硅以及外圍輔助元件的電機調(diào)速電路組成，實現(xiàn)電機速度調(diào)節(jié)；

單片機模塊包括單片機、獨立的復位電路、時鐘電路、編程電路、指示電路、電源處理電路，并內(nèi)嵌USB管理單元，帶有USB通訊接口，根據(jù)上位機發(fā)送的控制指令向加熱執(zhí)行模塊和電機執(zhí)行模塊分別發(fā)送食品加熱過程的期望溫度對應的PWM波形信號和原料粉碎控制指令、原料攪拌控制指令，控制加熱執(zhí)行模塊和電機執(zhí)行模塊完成期望硬件動作，將參數(shù)采集模塊傳送來的數(shù)據(jù)傳送給上位機；其中，PWM表示脈沖寬度調(diào)制。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述單片機采用AT90USB1287型號單片機。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述電機轉速控制有低速、中速、高速三種速度，在原料粉碎、原料攪拌過程中能任意設置。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述原料攪拌控制具有手動攪拌和自動攪拌兩種工作模式，用戶通過設置原料攪拌時間間隔和間隔持續(xù)時間的兩個攪拌參數(shù)選擇期望的攪拌工作模式。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述的期望溫度，由用戶設定，并選擇曲線擬合形式，擬合出食品加熱控制的期望溫度曲線，若本食品加工控制裝置的PID控制率無法實現(xiàn)所設食品加熱控制的期望溫度曲線，則上位機終端程序提示用戶重設期望溫度，其中，PID表示比例積分微分。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述的食品加熱過程的期望溫度對應的PWM波形信號是指，根據(jù)期望溫度對應的PWM占空比控制指令產(chǎn)生的PWM波形；期望溫度對應的PWM占空比控制指令，由當前的溫度誤差和100％PWM占空比控制指令對應的溫度誤差相除所得；期望溫度采用PID控制率跟蹤控制，把采樣間隔時間作為單位時間，將PID控制率離散化，在每一個采樣間隔時間中計算溫度誤差的微分、積分值，根據(jù)PID控制率獲得當前的溫度誤差；

100％PWM占空比控制指令對應的溫度誤差根據(jù)PID控制率的PWM歸一化參數(shù)、用戶設定的當前加熱功率和食品體積，以及當前采樣間隔時間計算所得，如下：

Temp_parameter＝C×P×T/L

其中，C代表PID控制率的PWM歸一化參數(shù)，P代表用戶設定的當前加熱功率，L代表用戶設定的當前食品體積，T代表當前采樣間隔時間，計算所得的Temp_parameter就是當前100％PWM占空比控制指令對應的溫度誤差。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種可預編程的人機交互食品加工控制裝置，其特征在于，所述PID控制率的PWM歸一化參數(shù)，根據(jù)單位采樣間隔時間、單位加熱功率和單位食品體積的質(zhì)量計算所得，如下：

P×t＝Q×C×m

其中，P代表單位加熱管功率，t代表單位采樣間隔時間，Q代表水的比熱容，C代表上升的溫度，m代表單位食品體積的質(zhì)量，C就是PID控制率中PWM的歸一化參數(shù)。