[發明專利]可預編程的人機交互食品加工控制裝置

無效

• 申請號: 201010142722.2
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101833294A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（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: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種可用于食品加工過程的人機交互控制裝置，尤其涉及一種基于USB通訊和跟蹤控制技術的可預編程人機交互控制裝置。

背景技術

具有粉碎、攪拌和加熱功能的食品加工裝置在日常生活和農業研究領域有很多應用。目前市場上這樣的加工裝置，主要采用的控制方法是“因材施教”，即針對不同的加工食品，以人工或固定順序控制加工過程，用戶不能或僅能根據自己的需求在加工過程開始前做簡單的參數選擇，如加工時間，加熱結束溫度等，無法滿足任意設定加工過程的需求。這使得在某些特定的場合，如豆漿的緩慢加溫過程、精確的食品培養過程等，目前的加工系統無法滿足其要求，不能達到所需的精確過程控制。

由于目前市場上的加工系統均無人機交互部分，用戶無法獲得加工過程中食品的加工信息，也無法跟蹤了解加工過程，更無法自動保存過程中的加工參數等，使得很多食品實驗難以獲得具體精確的數據信息。

發明內容

本發明提供一種基于USB通訊和跟蹤控制技術的可預編程食品加工控制裝置，根據需求預編程食品加工過程并存儲過程參數，使用戶可以通過人機交互終端程序實時觀測并記錄加工過程。

為實現上述目的，本發明采用技術方案主要如下：

本發明采用模塊化設計方法。整個系統分為上位機和下位機兩大模塊，兩者間采用USB連接線連接。本發明利用規范的USB通訊協議，實現加工過程的有效控制與管理。

上位機采用普通PC機作為控制核心，開發有人機交互終端程序，提供給用戶以下控制指令：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USB連接線輸出到下位機，下位機接收上位機發送的控制指令，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據發送給上位機，上位機接收并以圖形方式顯示溫度數據，存儲加熱過程參數。

所述下位機包括USB接口模塊、電源管理模塊、參數采集模塊、加熱執行模塊、電機執行模塊、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、參數采集模塊、加熱執行模塊、電機執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行模塊和加熱執行模塊，并將外接220V交流電處理為5V直流電供給下位機中電機執行模塊、參數采集模塊和單片機模塊；參數采集模塊包括K型熱電偶和溫度電壓轉換芯片，將測量的溫度數據轉換為相應數字信號，并將轉換結果輸出給單片機模塊；加熱執行模塊包括固態繼電器、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速電路組成，實現電機速度調節；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，并內嵌USB管理單元，帶有USB通訊接口，根據上位機發送的控制指令向加熱執行模塊和電機執行模塊分別發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，控制加熱執行模塊和電機執行模塊完成期望硬件動作，將參數采集模塊傳送來的數據傳送給上位機；其中，PWM表示脈沖寬度調制。

與現有食品加工裝置相比，本發明具有如下優點：

上位機使用通用PC機進行程序開發。具有資源豐富，程序開發相對獨立的優點，避免了程序設計中過多考慮系統硬件配置等問題，可與下位機并行開發，提高了開發效率。

上位機可遠離工業現場，使用方便。

下位機重點考慮硬件實現問題，不必考慮顯示界面和信息處理等問題，軟硬件開發效率大大提高。

軟件缺陷和硬件錯誤界限清晰，為系統調試和維護提供方便。

具有人機交互界面，使得用戶可觀測并記錄加工過程，對加工過程中的情況進行處理，發送控制命令。

具有加熱過程預編程功能，可根據實際使用的需要，由用戶預先設定加工過程的控制指令。

具有跟蹤控制的功能，可實現加工過程的精確控制。

通過USB通訊，下位機可與任意具有USB通訊接口的PC機相連，組成本控制裝置，使用方便。

附圖說明

圖1是本發明的食品加工控制裝置的結構圖；