[发明专利]可预编程的人机交互食品加工控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于食品加工过程的人机交互控制装置，尤其涉及一种基于USB通讯和跟踪控制技术的可预编程人机交互控制装置。

背景技术

具有粉碎、搅拌和加热功能的食品加工装置在日常生活和农业研究领域有很多应用。目前市场上这样的加工装置，主要采用的控制方法是“因材施教”，即针对不同的加工食品，以人工或固定顺序控制加工过程，用户不能或仅能根据自己的需求在加工过程开始前做简单的参数选择，如加工时间，加热结束温度等，无法满足任意设定加工过程的需求。这使得在某些特定的场合，如豆浆的缓慢加温过程、精确的食品培养过程等，目前的加工系统无法满足其要求，不能达到所需的精确过程控制。

由于目前市场上的加工系统均无人机交互部分，用户无法获得加工过程中食品的加工信息，也无法跟踪了解加工过程，更无法自动保存过程中的加工参数等，使得很多食品实验难以获得具体精确的数据信息。

发明内容

本发明提供一种基于USB通讯和跟踪控制技术的可预编程食品加工控制装置，根据需求预编程食品加工过程并存储过程参数，使用户可以通过人机交互终端程序实时观测并记录加工过程。

为实现上述目的，本发明采用技术方案主要如下：

本发明采用模块化设计方法。整个系统分为上位机和下位机两大模块，两者间采用USB连接线连接。本发明利用规范的USB通讯协议，实现加工过程的有效控制与管理。

上位机采用普通PC机作为控制核心，开发有人机交互终端程序，提供给用户以下控制指令：原料粉碎控制、原料搅拌控制、食品加热过程控制、电机转速控制、食品加工控制装置的特性参数设置和加工过程中的过程指令控制。

用户在上位机上选择控制指令，该控制指令经USB连接线输出到下位机，下位机接收上位机发送的控制指令，控制相应硬件完成预期的功能，并实时采集食品加工过程的温度数据发送给上位机，上位机接收并以图形方式显示温度数据，存储加热过程参数。

所述下位机包括USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块、单片机模块以及基板；基板为双面印刷电路板，连接了USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块及单片机模块；USB接口模块包括B型USB接头及外围匹配电路，通过USB连接线连接上位机USB通讯接口和下位机单片机模块中的USB通讯接口，接收上位机传送的控制指令；电源管理模块由稳压芯片、整流桥、变压器及外围匹配电路组成，将外接的220V交流电供给下位机中电机执行模块和加热执行模块，并将外接220V交流电处理为5V直流电供给下位机中电机执行模块、参数采集模块和单片机模块；参数采集模块包括K型热电偶和温度电压转换芯片，将测量的温度数据转换为相应数字信号，并将转换结果输出给单片机模块；加热执行模块包括固态继电器、外接加热管，接收单片机给出的PWM波形信号，以一定频率关断/接通外接加热管上的220V电压；电机执行模块由包含继电器、晶体管、三端双向可控硅以及外围辅助元件的电机调速电路组成，实现电机速度调节；单片机模块包括单片机、独立的复位电路、时钟电路、编程电路、指示电路、电源处理电路，并内嵌USB管理单元，带有USB通讯接口，根据上位机发送的控制指令向加热执行模块和电机执行模块分别发送食品加热过程的期望温度对应的PWM波形信号和原料粉碎控制指令、原料搅拌控制指令，控制加热执行模块和电机执行模块完成期望硬件动作，将参数采集模块传送来的数据传送给上位机；其中，PWM表示脉冲宽度调制。

与现有食品加工装置相比，本发明具有如下优点：

上位机使用通用PC机进行程序开发。具有资源丰富，程序开发相对独立的优点，避免了程序设计中过多考虑系统硬件配置等问题，可与下位机并行开发，提高了开发效率。

上位机可远离工业现场，使用方便。

下位机重点考虑硬件实现问题，不必考虑显示界面和信息处理等问题，软硬件开发效率大大提高。

软件缺陷和硬件错误界限清晰，为系统调试和维护提供方便。

具有人机交互界面，使得用户可观测并记录加工过程，对加工过程中的情况进行处理，发送控制命令。

具有加热过程预编程功能，可根据实际使用的需要，由用户预先设定加工过程的控制指令。

具有跟踪控制的功能，可实现加工过程的精确控制。

通过USB通讯，下位机可与任意具有USB通讯接口的PC机相连，组成本控制装置，使用方便。

附图说明

图1是本发明的食品加工控制装置的结构图；