面團冷藏、解凍、發酵一體化控制系統

龔雄文 肖蘇華 高延增

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

當前，面包制作企業生產過程中，需要在烘焙之前把面包進行發酵處理，發酵過程往往需要幾個小時。為了能在早餐時間準時供應制作好的面包，工作人員半夜就必須開始工作，完成和面、造型、發酵、烘焙這幾道工序，其中發酵工序用時最長［1，2］。食品行業已有的研究［3，4］表明，對面團發酵過程中的溫度、濕度進行精確控制，能有效改善面包的口感、提高品質。因此，研發并推廣一種面包制作的一體化控制系統，能解決當前行業普遍存在的問題，并提高面包的品質，具有實際意義。

本試驗擬研究面團冷藏、發酵機控制系統，對已完成造型面團的冷藏、解凍、發酵工序進行一體化控制，改善面包制作產業工人的工作方式：下班前完成和面，造型工序，放入面團冷藏、解凍、發酵一體化設備中，工人即可下班；第2天早上上班取出已發酵好的面包進行烘焙。同時，控制系統能對面包生產過程中的各參數實現精確控制，提高了面包的出廠品質。

1 硬件設計

本系統要進行冷藏、解凍、發酵一體化控制，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、解凍與發酵加熱絲、加濕電磁閥、發酵風扇。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，考慮到系統按先后順序有冷藏、解凍、發酵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。需要設置的工作參數較多，有些參數還要實時顯示，因此，共需數碼管8位、LED共18位、按鍵7位、報警用蜂鳴器1位。為了節省單片機I／O 口的使用量，采用兩片74HC595級聯的方法，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內核的ARM單片機LPC1114作為控制器，這是一種32位CPU，使用內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的要求，而且價格較低，適合產品的規模生產使用。

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，為了提高本系統的工作可靠性，應該切斷控制電路與繼電器的電氣耦合路徑。所以本系統分成兩塊電路板（PCB）：①控制板，②繼電器板。控制板上以光耦電路為接口連接繼電器板，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，系統把當前的實時時間存入Flash中，用戶設置的工作參數也存儲于Flash 中，這樣，讀取Flash中的數據，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據，所以系統在短時停電事件中恢復過來后，仍然能準確地執行工作時間表，準時地交付產品。在“運行處理子程序”中，也要進行“讀Flash數據－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，容易結霜，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，應避免頻繁起動，所以設置了制冷延時，停止制冷之后的制冷延時時間內壓縮機不起動。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 系統功能

按先后次序具有制冷、解凍、發酵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。在生產過程中的各種參數對最終的面包產品總體品質會有較大影響，例如冷卻條件等相關參數不當時會導致產品表皮脫落［5］，因此本系統允許操作者通過設置各個模式下的參數來實現對產品質量的控制和調節，以適應生產各種不同類型產品的需要。參數被修改后能持續保存，不受斷電的影響。各參數規格見表1。

表1 參數規格Table1 Parameter specification

本系統具有工作模式自動判斷功能。若系統在運行過程中斷電，恢復供電時，能自動根據當前時間、開始運行時間和所設置的運行參數，計算出當前的工作模式，即系統按時間表運行，斷電不影響系統計時，恢復供電時，能自動在時間表上找到當前時間的任務繼續運行。

4 結論

本試驗所述的冷藏、解凍和發酵一體化控制的系統，已應用于廣州生產面包的企業中，實現了生面團造型之后的冷藏、解凍、發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品交付時間影響的問題，提高了系統工作的可靠性，提高了面包制作行業的自動化水平。

1 劉傳富，董海洲，侯漢學．冷凍面團面包的生產技術及其前景展望［J］．糧食與飼料工業，2002（2）：39～40．

2 楚炎沛．日益發展的冷凍面團面包生產技術［J］．糧食與飼料工業，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］．食品與發酵工業，2001（2）：47～51．

4 李愛華，金茂國．冷凍面團技術——國內面包加工新模式［J］．食品與機械，2000（1）：14～15．

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