單片機的牦牛肉冰點保鮮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

鞠昊翀 高紅梅 王輝

摘 ? 要：本文針對牦牛肉的冰溫保鮮，結(jié)合單片機的溫度控制原理，設(shè)計實現(xiàn)了牦牛肉冰點保鮮系統(tǒng)。系統(tǒng)由stc89c52單片機作為控制芯片，由數(shù)字溫度傳感器ds18b20和lcd1602液晶屏構(gòu)成的。整個系統(tǒng)由單片機控制、液晶顯示、語音控制和溫度采集部分組成，實現(xiàn)了對牦牛肉的冰溫保鮮，對農(nóng)牧民和牦牛肉商家延長牦牛肉保鮮期并同時保證牦牛肉的品質(zhì)有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞：牦牛肉冰溫 ?單片機控制 ?保鮮

中圖分類號：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0112-03

牦牛肉一直是西藏的重要營銷食品，延長牦牛肉的保鮮勢在必行。目前，市場上已有的保鮮技術(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)，尤其對好氧菌不能起到有效的抑制作用。針對牦牛肉的保鮮，鄭文豪做過基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[1]，付麗做過天然保鮮劑與冰溫保鮮協(xié)同對牛肉保鮮效果的研究[2]。拉薩市場現(xiàn)在多采用冰凍，掛賣的方式進行售賣，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，開展對拉薩牦牛肉的冰溫保鮮的研究與分析， 具有很好的實踐意義。

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)，即通過測試，確定不同食品的冰點溫度，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)的合適溫度點進行貯藏。

冰溫貯藏的機理是：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)并非指水的冰點溫度，不同食品的冰點溫度不同。在對某種食物進行冰溫貯藏時，必須探索研究實驗其合適的“冰溫帶”。

1.2 單片機背景

單片機具有很高的性價比，其用來開發(fā)和創(chuàng)新所涉及的領(lǐng)域尤其多，只需要一個芯片與簡單的一些外圍元件就可以形成一個智能控制系統(tǒng)。此外，單片機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，抗干擾性強的需求。

1.3 拉薩牦牛肉特點

作為生長在海拔極高的西藏牦牛，它們以純天然的草料為食，肉質(zhì)純凈不含有一丁點的激素，同時由于生長在高原的原因，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，正是如此，牦牛肉成為國家公認(rèn)的高級肉類，而且其功效具有補血，促進人體的生長發(fā)育，更有助于促進人體組織細(xì)胞的修復(fù)。相比而言，內(nèi)地的牛肉為了供應(yīng)市場的需求大多都是養(yǎng)殖場進行養(yǎng)殖的，基本上都是會含有一些激素，對人的身體也會產(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)的牦牛肉都是因為運輸不便的原因，將出售不完的牛肉冰凍起來，當(dāng)有需求的時候再進行解凍，周而復(fù)始的冰凍解凍會大大地降低肉類的營養(yǎng)成分并且會影響肉的組織細(xì)胞的活性。所以進行牦牛肉的保鮮勢在必行。

2 ?研究設(shè)計

2.1 溫度傳感器的選擇

模擬集成傳感器對于提高系統(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)計較為繁瑣。而數(shù)字單片智能溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，其溫度測量范圍為-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現(xiàn)與微處理器的雙向通信，多個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，制作簡單，外接電路簡單。因此本設(shè)計采用溫度傳感器DS18B20。

2.2 單片機的選擇

采用單片機作為系統(tǒng)控制器主要是由于單片機的開發(fā)環(huán)境要求低，軟件資源豐富。使用STC單片機更是只需要串口就可以實現(xiàn)程序下載，無需專用的下載器和仿真器，具有很高的性價比，單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種邏輯功能，本身帶有定時器、計數(shù)器，可以用來定時和計數(shù)。從設(shè)計的實用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以STC89C52單片機作為中央處理單元。

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可以識別ASCII碼，所以在實際測試中可以用ASCII碼直接賦值，在單片機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)字信號處理器處理。測量的溫度范圍是-55℃～125℃，測溫誤差0.5℃?？删幊谭直媛?～12位，對應(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現(xiàn)高精度測溫。

（2）特性。

DS18B20傳感器無需外圍元件，其供電范圍為3.0V至5.5V，溫度可測量范圍為：-55℃～+125℃（-67℉～+257℉）;當(dāng)溫度范圍超過-10℃～85℃之外時具有±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號地信號引腳，2號數(shù)據(jù)輸入輸出引腳開漏單總線接口引腳，3號可選擇的VDD引腳。

2.5 系統(tǒng)框圖

由最小的單片機系統(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，并且可以進行測試，以確保各模塊功能得到實現(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)實現(xiàn)

3.1 總體程序流程圖

本系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計利用定時器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的掃描。接著就進入一個死循環(huán)，死循環(huán)執(zhí)行以下內(nèi)容：（1）讀取當(dāng)前的溫度值;（2）顯示檢測到的溫度值;（3）判斷檢測到的溫度是否超出設(shè)置的上下限，是的話則啟動聲光報警，還有模擬恒溫裝置;（4）延時并進行按鍵掃描，若檢測到按鍵按下，則進入溫度上下限設(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)位的過程，由于本設(shè)計只接了一個傳感器，因此無需區(qū)別傳感器的序列號，直接發(fā)一個指令0xcc跳過ROM尋找，接著發(fā)一個0x44的指令給傳感器，讓傳感器啟動溫度轉(zhuǎn)換。然后再次復(fù)位傳感器，接著還是一樣的跳過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結(jié)果，最后就是讀取傳感器返回的檢測結(jié)果。

4 ?結(jié)語

本設(shè)計首先構(gòu)建先進的溫度控制體系，以保證可以精確的測溫。以功能強大的數(shù)字單片智能溫度傳感器等優(yōu)秀合理的器件進行構(gòu)建，保障了體系的穩(wěn)定性、精確性、可穩(wěn)定性和維護性。在此基礎(chǔ)上可以進行多次實驗從而測出牦牛肉的冰溫帶，從而為牦牛肉的冰溫控制體系提供溫度基礎(chǔ)。本設(shè)計雖然簡單，但卻是溫度控制領(lǐng)域的基石，此體系更是有很大的改進和創(chuàng)新空間，可從多個方向出發(fā)進行擴展，從而實現(xiàn)更強大的溫度控制體系，如進一步擴展構(gòu)建成本較大的冰溫控制體系，甚至可以加上無線收發(fā)模塊，這樣就可以實現(xiàn)無線接收數(shù)據(jù)并處理控制。

參考文獻

[1] 鄭文豪，趙鵬，李剛.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[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)研究進展[J].食品科學(xué)，2019，40（7）：314-319.