智能酥油提煉機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張巧玲，肖 偉，益西拉姆，普 頓

（西藏大學(xué) 工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

西藏位于高原地帶，其人民具有特殊的飲食習(xí)慣。酥油幾乎是每個(gè)藏族人每日不可缺少的食品。以它為原料制作的酥油茶，是西藏僧俗民眾、男女老幼日常飲用、待客、禮儀、祭祀等活動(dòng)中的不可缺少的飲料。其次人們也把它和其他食物搭配著吃，富有民族特色和文化內(nèi)涵。

目前，許多藏族牧民只是通過(guò)“雪董”（高1.3 m、直徑0.3 m左右，原理類(lèi)似于打氣筒）的大木桶來(lái)提煉酥油。既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)，由于靠人工，在提煉量方面也沒(méi)有保證。一些地區(qū)雖然也使用洗衣機(jī)來(lái)提煉酥油，但是提煉出的成品不盡人意，因?yàn)檫@樣雖然避免了對(duì)大量牛奶抽打而造成的不便，但在酥油的質(zhì)量上沒(méi)辦法保證。

隨著社會(huì)的發(fā)展，西藏與內(nèi)地以及外國(guó)的交流與溝通日益頻繁，西藏地區(qū)的特色食品，在滿足自身需求的同時(shí)也有走出去的必要，而酥油作為藏民最熱衷的食品之一，它的生產(chǎn)方式?jīng)Q定著產(chǎn)品是否能有更廣闊的市場(chǎng)。由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式在資源利用以及效率方面存在很大的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)恰恰彌補(bǔ)了這一缺陷，使酥油生產(chǎn)過(guò)程更加人性化，既方便了藏族家庭使用，又繼承了西藏的文化也可以根據(jù)實(shí)際情況將酥油產(chǎn)品化，進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

1 SPCE061A芯片介紹

隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）等領(lǐng)域。 凌陽(yáng)的 16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的 μ’nSPTM（Microcontroller and Signal Processor）16 位微處理器芯片（以下簡(jiǎn)稱μ’nSPTM）。圍繞μ’nSPTM所形成的16位 μ’nSPTM系列單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱 μ’nSPTM家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’nSPTM內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。它還具有以下特點(diǎn)：體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展；具有較強(qiáng)的中斷處理能力；高性能價(jià)格比；功能強(qiáng)、效率高；低功耗、低電壓。

它可控制多個(gè)指令，更快更迅速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。表1為控制類(lèi)指令。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)各部分功能的需求，硬件組成框圖如圖2所示：主要由SPCE061A單片機(jī)[1-2]、鍵盤(pán)與提煉機(jī)主電機(jī)組成。通過(guò)單片機(jī)SPCE061A控制pwm波輸出[2]，從而控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；電機(jī)控制電路模塊[3]，通過(guò)控制pwm波占空比來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速[4-5]；穩(wěn)壓電路模塊主要是負(fù)責(zé)保護(hù)SPCE061A的正常工作[6]，處理電壓不符合條件的電路情況，從而使酥油提煉機(jī)與單片機(jī)部分工作同步；LCD液晶顯示模塊，它的作用在酥油提煉機(jī)工作時(shí)顯示必要的信息，使提煉機(jī)更加的人性化。

表1 控制類(lèi)指令框圖Tab.1 Class diagram of the control command

圖1中的SPCE061A單片機(jī)正常工作電壓為5 V，提煉機(jī)正常工作電壓為220 V。

圖1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1 The overall design diagram of the system hardware

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要是面向西藏地區(qū)推廣的，西藏的歷史悠久，有獨(dú)特的飲食習(xí)慣。酥油作為藏族同胞十分鐘愛(ài)的食品。其生產(chǎn)工藝顯得十分重要，傳統(tǒng)方式既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)人力，因此通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能是必須的。

主程序是一個(gè)封閉的循環(huán)。IO端口初始化部分：主要按照硬件資源分配對(duì)IO端口的狀態(tài)進(jìn)行初始設(shè)置，包括IO口狀態(tài)，設(shè)置上拉等操作，都在IO端口初始化子函數(shù)中完成。時(shí)間初始化：是初始化定時(shí)器。液晶顯示初始化：主要是對(duì)液晶顯示部分的相關(guān)數(shù)據(jù)線，控制線的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。然后程序進(jìn)入主循環(huán)，不斷進(jìn)行按鍵掃描，根據(jù)按鍵值進(jìn)入相應(yīng)的功能模塊。也包含一些與控制相關(guān)的全局變量初始化都在該子函數(shù)中完成，程序流程圖如下。

圖2為主函數(shù)流程圖，它包含是實(shí)現(xiàn)功能所需的指令：在程序開(kāi)始時(shí)，首先進(jìn)行清屏；顯示相應(yīng)的內(nèi)容后，獲取鍵值。通過(guò)判斷當(dāng)前鍵值是否為有效鍵值：若當(dāng)前鍵值不是有效鍵值，則程序自動(dòng)返回重新獲取按鍵鍵值；若是有效鍵值，則根據(jù)鍵值進(jìn)行相應(yīng)的處理，其中包括計(jì)時(shí)程序初始化等。

圖2 主程序控制流程圖Fig.2 Flow chart of main program control

圖3為時(shí)間初始化函數(shù)流程圖，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，由于其需要顯示當(dāng)前工作時(shí)間所以在此程序開(kāi)始之前首先要對(duì)液晶初始化，然后進(jìn)入計(jì)時(shí)程序。計(jì)時(shí)程序依次為取消對(duì)IRQ5的屏蔽、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘、開(kāi)中斷、開(kāi)始計(jì)時(shí)并且顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，然后結(jié)束程序。

4 提煉機(jī)設(shè)計(jì)思路

酥油是藏族同胞十分喜愛(ài)的食品，但是酥油在提煉過(guò)程中，有好多不能人為控制的因素，造成了酥油提煉的綜合質(zhì)量不好。例如不同重量的酥油應(yīng)該在不同提煉速度以及不同的提煉時(shí)間長(zhǎng)度下進(jìn)行，才能保證提煉出的酥油成品達(dá)到預(yù)想效果。而當(dāng)前的酥油提煉條件并不具備控制具體時(shí)間與具體速度的功能。以此現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出在一定重量范圍內(nèi)酥油的最佳提煉速度與提煉時(shí)間。本項(xiàng)目系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了3個(gè)速度，以滿足3個(gè)不同重量范圍內(nèi)酥油提煉的需求；3個(gè)時(shí)間段也通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，能為酥油提煉提供科學(xué)的時(shí)間。二部分結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)酥油的高品質(zhì)提取。這樣使設(shè)計(jì)更加人性化更加方便藏族家庭使用，同時(shí)也傳承了西藏的文化。

4.1 提煉機(jī)工作時(shí)顯示界面

圖4為提煉機(jī)工作時(shí)的顯示界面。前面一個(gè)是初始界面，當(dāng)確定鍵按下時(shí)，可以通過(guò)重量的范圍根據(jù)提示進(jìn)行選擇，從而使系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)速度，在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行酥油的提煉。第二幅圖是在一定質(zhì)量范圍內(nèi)的原奶提煉過(guò)程中的工作界面，顯示內(nèi)容有：當(dāng)前速度的顯示，工作時(shí)間的顯示，兩者結(jié)合讓實(shí)驗(yàn)者詳細(xì)地掌握酥油提煉的具體進(jìn)展。使得酥油提煉機(jī)更加人性化。

圖4 提煉機(jī)工作時(shí)顯示界面Fig.4 Refining machine work displayed

4.2 酥油提煉成品

此圖展現(xiàn)了用本酥油提煉機(jī)提煉出的酥油成品。它比用傳統(tǒng)方法提煉出的酥油成品質(zhì)量要好、工作時(shí)間，工作速度也更科學(xué)，而且在操作方面比傳統(tǒng)方式更簡(jiǎn)單，操作過(guò)程也更加的人性化。具有節(jié)約、高效的特點(diǎn)。

圖5 酥油提煉成品Fig.5 Ghee refining finished

5 電流測(cè)試結(jié)果

表2為消耗電流測(cè)試表，它是在項(xiàng)目正常工作時(shí)，通過(guò)合理手段對(duì)包括主控板、液晶顯示、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等部分進(jìn)行消耗電流測(cè)試。

表2 測(cè)試結(jié)果表Tab.2 Test results table

6 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案采用了凌陽(yáng)科技推出的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微處理器SPCE061A單片機(jī)，其主要應(yīng)用在控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要利用了此單片機(jī)的定時(shí)器與和計(jì)數(shù)器，讓其產(chǎn)生控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的PWM波。利用中斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，通過(guò)繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的控制，最后完成了智能酥油提煉機(jī)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，證明本設(shè)計(jì)能很好地解決酥油提煉過(guò)程中的提煉效率問(wèn)題，項(xiàng)目實(shí)施性強(qiáng)。

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