面團冷藏、解凍、發(fā)酵一體化控制系統(tǒng)

龔雄文 肖蘇華 高延增

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

當前，面包制作企業(yè)生產(chǎn)過程中，需要在烘焙之前把面包進行發(fā)酵處理，發(fā)酵過程往往需要幾個小時。為了能在早餐時間準時供應(yīng)制作好的面包，工作人員半夜就必須開始工作，完成和面、造型、發(fā)酵、烘焙這幾道工序，其中發(fā)酵工序用時最長［1，2］。食品行業(yè)已有的研究［3，4］表明，對面團發(fā)酵過程中的溫度、濕度進行精確控制，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)，能解決當前行業(yè)普遍存在的問題，并提高面包的品質(zhì)，具有實際意義。

本試驗擬研究面團冷藏、發(fā)酵機控制系統(tǒng)，對已完成造型面團的冷藏、解凍、發(fā)酵工序進行一體化控制，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)酵好的面包進行烘焙。同時，控制系統(tǒng)能對面包生產(chǎn)過程中的各參數(shù)實現(xiàn)精確控制，提高了面包的出廠品質(zhì)。

1 硬件設(shè)計

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

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

在人機界面方面，考慮到系統(tǒng)按先后順序有冷藏、解凍、發(fā)酵3個階段，參照地鐵運行線路指示燈面板，把3個階段按先后順序從左到右排列，每個階段用紅綠雙色LED 進行指示，已完成的階段用紅色長亮指示，當前階段用紅色閃爍指示，未完成的階段用綠色長亮指示。需要設(shè)置的工作參數(shù)較多，有些參數(shù)還要實時顯示，因此，共需數(shù)碼管8位、LED共18位、按鍵7位、報警用蜂鳴器1位。為了節(jié)省單片機I／O 口的使用量，采用兩片74HC595級聯(lián)的方法，并通過軟件上的處理，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LPC1114作為控制器，這是一種32位CPU，使用內(nèi)部時鐘源即可工作在48 MHz，具有42 個通用輸入輸出（GPIO）引腳，片內(nèi)集成了8通道10位ADC、I2C 總線接口、Flash，這些特性完全滿足本系統(tǒng)的要求，而且價格較低，適合產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)使用。

繼電器接通、斷開瞬間會通過電氣耦合路徑對周圍的電路形成強烈的干擾，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單相三繞組變壓器，這就有兩個副邊繞組，一個副邊繞組給繼電器板供電，另一個副邊繞組給控制板供電，從而使兩塊電路板沒有電氣耦合，保證控制電路的工作可靠性。

2 軟件設(shè)計

圖1為軟件流程圖。

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

用戶在進行“起動”操作時，系統(tǒng)把當前的實時時間存入Flash中，用戶設(shè)置的工作參數(shù)也存儲于Flash 中，這樣，讀取Flash中的數(shù)據(jù)，就能形成一個工作時間表，再對照實時時鐘，就能計算當前的工作階段。因為Flash存儲器掉電不丟失數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)在短時停電事件中恢復(fù)過來后，仍然能準確地執(zhí)行工作時間表，準時地交付產(chǎn)品。在“運行處理子程序”中，也要進行“讀Flash數(shù)據(jù)－讀實時時間－模式判斷”的操作，以便時間條件滿足時進入下一個階段。

在制冷階段，因面團水分蒸發(fā)，容易結(jié)霜，所以要定期除霜。壓縮機的動力來源于大功率三相異步電動機，應(yīng)避免頻繁起動，所以設(shè)置了制冷延時，停止制冷之后的制冷延時時間內(nèi)壓縮機不起動。制冷程序流程見圖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個工作模式，操作者可以選擇從任意一種模式開始啟動一個工作周期。在生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)對最終的面包產(chǎn)品總體品質(zhì)會有較大影響，例如冷卻條件等相關(guān)參數(shù)不當時會導(dǎo)致產(chǎn)品表皮脫落［5］，因此本系統(tǒng)允許操作者通過設(shè)置各個模式下的參數(shù)來實現(xiàn)對產(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)具有工作模式自動判斷功能。若系統(tǒng)在運行過程中斷電，恢復(fù)供電時，能自動根據(jù)當前時間、開始運行時間和所設(shè)置的運行參數(shù)，計算出當前的工作模式，即系統(tǒng)按時間表運行，斷電不影響系統(tǒng)計時，恢復(fù)供電時，能自動在時間表上找到當前時間的任務(wù)繼續(xù)運行。

4 結(jié)論

本試驗所述的冷藏、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，實現(xiàn)了生面團造型之后的冷藏、解凍、發(fā)酵三道工序一體化控制。采用實時時鐘和Flash存儲時間信息的辦法，解決了短時停電事故對產(chǎn)品交付時間影響的問題，提高了系統(tǒng)工作的可靠性，提高了面包制作行業(yè)的自動化水平。

1 劉傳富，董海洲，侯漢學．冷凍面團面包的生產(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 李愛華，金茂國．冷凍面團技術(shù)——國內(nèi)面包加工新模式［J］．食品與機械，2000（1）：14～15．

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