基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括PWM交流過零調(diào)功模塊、信號檢測模塊、串口通訊模塊、輸入顯示模塊、加熱凝固容器；加熱凝固容器中電極的兩端通過導(dǎo)線分別連接PWM交流過零調(diào)功模塊的輸出端和市電220V電源負(fù)極；信息檢測模塊中電壓、電流的檢測輸入端通過導(dǎo)線分別并聯(lián)和串聯(lián)在主電路中，實現(xiàn)信息的實時檢測和反饋；PWM交流過零調(diào)功模塊、信號檢測模塊、串口通訊模塊和輸入顯示模塊的控制端通過導(dǎo)線分別連接單片機(jī)的相應(yīng)I/O引腳，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制；本實用新型通過PWM交流過零調(diào)功方式有效控制了蛋白凝膠類食品加熱凝固過程中加熱速率和凝固溫度，溫度波動小，安全可靠。
【專利說明】
基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種食品加熱凝固系統(tǒng)，特別涉及一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為由大豆、雞蛋、牛奶等漿狀材料加熱凝固成凝膠狀蛋白凝膠類食品，如:豆腐、雞蛋羹、雞蛋牛奶布丁等不僅蛋白質(zhì)含量豐富，同時也富含人體所必需的多種氨基酸，鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，以及多種維生素和纖維素等，營養(yǎng)價值極高。且品種豐富，風(fēng)味、口感多樣，故深人們喜愛。
[0003]蛋白凝膠類食品的制作過程就是通過加熱，使蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性，并在保溫過程中凝固劑的作用下，形成凝膠的過程。即具有加熱和保溫凝固兩個階段。加熱速率，保溫凝固溫度、凝固時間都直接影響蛋白凝膠類食品凝膠的形成速率、凝固程度及質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。目前雞蛋羹、雞蛋牛奶布丁的制作主要是用烤箱烤制或用蒸鍋以隔水加熱的方式使雞蛋中蛋白和蛋黃發(fā)生凝膠反應(yīng)產(chǎn)生凝膠。而豆腐的制作則主要通過直火加熱、電阻絲加熱、蒸汽加熱等方式煮漿使生豆?jié){中的大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)生熱變性，并在保溫過程中通過凝固劑的作用，發(fā)生凝膠反應(yīng)形成凝膠狀豆腐。
[0004]研究表明，在加熱過程中加熱時間的過長或過短，會分別導(dǎo)致多肽分解和鹽析反應(yīng)，致使凝膠狀豆腐凝固失敗。而對于雞蛋羹、雞蛋牛奶布丁等，凝固溫度過高，加熱速率過快，則會導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)形成速率過快，使其凝固質(zhì)構(gòu)不均勻，并影響口感和質(zhì)量。因此，有效地控制加熱速率和凝固溫度、凝固時間對蛋白凝膠類食品的凝膠成型至關(guān)重要。并且不同的蛋白凝膠類食品，所需的最佳加熱速率、凝固溫度和凝固時間也各不相同，故一種獨立的多功能蛋白凝膠類食品制作裝置必須具有可自行設(shè)定加熱速率、凝固溫度和凝固時間等功能。歐姆加熱是一種新興的加熱方式，其利用食品本身的介電性質(zhì)，當(dāng)電流通過時，在食品物料內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)化為熱能，引起食品溫度升高，從而達(dá)到直接均勻加熱殺菌的目的。故歐姆加熱又稱為通電加熱，廣泛應(yīng)用于液體、黏稠體和固液兩相等食品物料的加熱處理。然而，基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)的相關(guān)研究目前還未見報道。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了最終實現(xiàn)多功能蛋白凝膠類食品加熱凝固設(shè)備的開發(fā)，填補(bǔ)市場上蛋白凝膠類食品獨立制作加工裝置的空白，本實用新型提供一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，其采用雙向可控硅以PWM過零調(diào)功方式有效控制設(shè)定的加熱速率、凝固溫度、凝固時間，實現(xiàn)多種蛋白凝膠類食品的制作。
[0006]本實用新型是通過以下方案實現(xiàn):基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，包括PWM交流過零調(diào)功模塊1、串口通訊模塊2、輸入顯示模塊3、信號檢測模塊4、加熱凝固容器5;加熱凝固容器5中電極的兩端通過導(dǎo)線分別連接PffM交流過零調(diào)功模塊I的輸出端和市電220V電源負(fù)極，PWM交流過零調(diào)功模塊I的輸入端通過導(dǎo)線與市電220V電源正極相連，其控制端與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳相連，單片機(jī)通過控制PffM交流過零調(diào)功模塊I實現(xiàn)加熱凝固容器5中蛋白凝膠類食品的加熱凝固；串口通訊模塊2的控制端與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳連接，其輸入輸出端與上位機(jī)母座連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和相關(guān)指令的控制;輸入顯示模塊3與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳連接，實現(xiàn)實時溫度、電壓、電流、加熱速率、凝固溫度、剩余時間等數(shù)據(jù)顯示及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定;信息檢測模塊4中電壓檢測電路的輸入端通過導(dǎo)線并聯(lián)在加熱凝固容器5的電極兩端，其輸出端與單片機(jī)相關(guān)I/O引腳連接，實現(xiàn)電壓的實時檢測及數(shù)據(jù)反饋;電流檢測電路的輸入端通過導(dǎo)線串聯(lián)在主電路中，實現(xiàn)電流的實時檢測及數(shù)據(jù)反饋；數(shù)字溫度傳感器DS18B20的探頭檢測端置于加熱凝固容器5中，其控制端與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳連接，實現(xiàn)蛋白凝膠類食品溫度的實時檢測及數(shù)據(jù)反饋。本控制系統(tǒng)基于歐姆加熱方式人工設(shè)置不同的加熱速率、凝固溫度和凝固時間，通電后，信號檢測模塊4將實時檢測的電壓、電流和溫度值反饋給STC12C5AS02單片機(jī)，經(jīng)過功率計算，單片機(jī)產(chǎn)生一定占空比的PffM信號控制PffM交流過零調(diào)功模塊I周期通斷，從而調(diào)節(jié)輸出功率，實現(xiàn)生豆?jié){、蛋液、牛奶雞蛋液等各自加熱過程中不同加熱速率的恒定，凝固過程中凝固溫度的保持，并在不同的凝固時間內(nèi)形成凝膠狀豆腐、雞蛋羹、雞蛋牛奶布丁等不同蛋白凝膠類食品。
[0007]本實用新型的優(yōu)點是:
[0008]為了降低豆腐、雞蛋羹、雞蛋牛奶布丁等蛋白凝膠類食品的制作難度，提高蛋白凝膠類食品的制作效率及品質(zhì)，并最終實現(xiàn)多功能蛋白凝膠類食品加熱凝固設(shè)備的開發(fā)，填補(bǔ)市場上蛋白凝膠類食品獨立制作加工裝置的空白，本實用新型提供一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，其加熱均勻，溫度波動小，電能利用率高，易于操作，并安全穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖
[0010]圖2為本實用新型的PffM交流過零調(diào)功模塊電路原理圖
[0011]圖3為本實用新型的電流檢測電路原理圖
[0012]圖4為本實用新型的電壓檢測電路原理圖
【具體實施方式】
[0013]參閱圖1，本實用新型的一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，包括PWM交流過零調(diào)功模塊I (雙向可控硅、過零光耦可控硅驅(qū)動器)、串口通訊模塊2、輸入顯示模塊3(按鍵、LED燈、液晶顯示屏)、信號檢測模塊4(電壓互感器、電流互感器、溫度傳感器)，加熱凝固容器5(電極)。
[0014]具體工作過程:
[0015]系統(tǒng)通電后，按下切換按鍵，液晶顯示屏分別顯示初始的溫度、電壓、電流、加熱功率、加熱速率及凝固時間；按下設(shè)置按鍵，設(shè)定所需的加熱速率、凝固溫度及凝固時間；然后按下開始按鍵，系統(tǒng)開始工作，液晶顯示屏顯示相關(guān)實時信息，單片機(jī)通過對信息檢測模塊4所反饋的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并功率計算，調(diào)節(jié)輸出設(shè)定周期內(nèi)PffM方波的占空比，結(jié)合過零光耦可控硅驅(qū)動器對交流正弦波電壓的過零檢測，控制觸發(fā)雙向可控硅的通斷，輸出連續(xù)均勻的周波，即通過改變雙向可控硅在設(shè)定周期內(nèi)的通斷比來調(diào)節(jié)輸出的加熱功率，實現(xiàn)加熱速率，凝固溫度的恒定。
[0016]參閱圖2，本實用新型的PffM交流過零調(diào)功模塊I中雙向可控硅QI的輸入端A1、輸出端A2通過導(dǎo)線分別連接市電220V電源正極和電極板，電容Cl和電阻Rl組成RC阻容吸收電路并聯(lián)在雙向可控硅Ql兩端，吸收反向尖峰電壓，實現(xiàn)雙向可控硅的過電壓保護(hù)。過零光耦可控硅驅(qū)動器Ul內(nèi)部由紅外發(fā)光二極管LED、過零檢測光控雙向可控硅組成，具有直流低電壓控制交流高電壓、電氣隔離作用。其輸入端I腳接直流電壓+5V，輸入端2腳接單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳，由單片機(jī)輸出P麗信號，控制紅外發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光;其輸出端6腳通過觸發(fā)限流電阻R2與雙向可控硅Ql的輸入端Al相連，輸出端4腳與BT138-600雙向可控硅Ql的G極相連，并通過門極電阻R5與雙向可控硅Ql的輸出端A2相接；門極電阻R5防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力。當(dāng)過零光耦可控硅驅(qū)動器Ul內(nèi)發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光，同時市電220V交流電壓過零點時，過零檢測光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，同時輸出端4腳產(chǎn)生觸發(fā)信號，進(jìn)一步觸發(fā)雙向可控硅Ql導(dǎo)通，接通交流負(fù)載，輸出連續(xù)的交流電壓。即通過控制PWM輸入信號的占空比調(diào)整輸出電壓的周波個數(shù)，從而改變輸出功率。
[0017]參閱圖3，本實用新型的信號檢測模塊4中電流檢測電路由額定電流比為10A/10mA電流互感器LI及相應(yīng)的采樣電路組成；主電路電流1流入電流互感器LI的一次側(cè)，則其二次側(cè)LI互感產(chǎn)生I1 = Iz100^iq, LI輸出端分別串聯(lián)和并聯(lián)一個二極管1N4148，起保護(hù)作用；電阻1?14并聯(lián)在1^1兩端，輸出弱電壓信號1]() = 1?29*11 = 4711;由電阻1?11、1?12、1?13和電容〇3、C4、C5構(gòu)成的直流偏置電路與LI連接組成回路。直流偏置電路輸出端連接同相比例運(yùn)算電路的同相輸入端5腳，經(jīng)過運(yùn)算放大在輸出端7腳輸出電壓信號山二丨!^+!^+!^/!^)*^ =15.7Uo，故主電路電流1在0-10A范圍內(nèi)，則輸出的電壓信號U^0-3.5V。
[0018]參閱圖4，本實用新型的信號檢測模塊4中電壓檢測電路由1:1電壓互感器Tl及相應(yīng)的采樣電路組成；1:1電壓互感器Tl 一次側(cè)通過串聯(lián)限流電阻R24、R25分別與電極板、市電220V電源負(fù)極相連，二次側(cè)并聯(lián)負(fù)載電阻R23、R26，輸出弱電壓信號U2 = U/(R24+R25)*(R2 3+R26) = I /1000U，后連直流偏置電路，并經(jīng)過同相比例運(yùn)算電路放大在輸出端I腳輸出電壓信號U3=(R15+R16+R17/R17)*U2 = 29.8U2，故主電路電壓在0-220V范圍內(nèi)，則輸出的電壓信號U3為0-3.5V。運(yùn)算放大器的輸出端1、7腳分別與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳連接，單片機(jī)通過自帶的AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號U^U3分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，獲取檢測信息，并進(jìn)行進(jìn)一步的功率計算和數(shù)據(jù)處理。
【主權(quán)項】
1.一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括PWM交流過零調(diào)功模塊(I)、串口通訊模塊(2)、輸入顯示模塊(3)、信號檢測模塊(4)、加熱凝固容器(5)，加熱凝固容器(5)中電極的兩端通過導(dǎo)線分別連接PffM交流過零調(diào)功模塊(I)的輸出端和市電220V電源負(fù)極，信息檢測模塊(4)中電壓、電流的檢測輸入端通過導(dǎo)線分別并聯(lián)和串聯(lián)在主電路中，實現(xiàn)信息的實時檢測和反饋，PWM交流過零調(diào)功模塊(I)、串口通訊模塊(2)、輸入顯示模塊(3)和信號檢測模塊(4)的控制端通過導(dǎo)線分別連接單片機(jī)的相應(yīng)I/O引腳，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，其特征是:PWM交流過零調(diào)功模塊(I)由雙向可控硅Ql及過零光耦可控硅驅(qū)動器Ul組成，雙向可控硅QI的輸入端A1、輸出端A2通過導(dǎo)線分別連接市電2 20V電源正極和電極板，電容CI和電阻Rl組成RC阻容吸收電路并聯(lián)在雙向可控硅Ql兩端，吸收反向尖峰電壓，實現(xiàn)雙向可控硅的過電壓保護(hù)，過零光耦可控硅驅(qū)動器Ul內(nèi)部由紅外發(fā)光二極管LED、過零檢測光控雙向可控硅組成，其輸入端I腳接直流電壓+5V，輸入端2腳接單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳，由單片機(jī)輸出占空比可變的PWM信號，控制紅外發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光;其輸出端6腳通過觸發(fā)限流電阻R2與雙向可控硅Ql的輸入端Al相連，輸出端4腳與雙向可控硅Ql的G極相連，并通過門極電阻R5與雙向可控硅Ql的輸出端A2相接，門極電阻R5防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力，當(dāng)過零光耦可控硅驅(qū)動器Ul內(nèi)發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光，同時市電220V交流電壓過零點時，過零檢測光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，同時輸出端4腳產(chǎn)生觸發(fā)信號，進(jìn)一步觸發(fā)雙向可控硅Ql導(dǎo)通，接通交流負(fù)載，輸出周波連續(xù)的交流電壓，即通過控制PWM輸入信號的占空比調(diào)整輸出電壓的周波個數(shù)，從而改變輸出功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于歐姆加熱的蛋白凝膠類食品加熱凝固控制系統(tǒng)，其特征是:信號檢測模塊(4)中電流、電壓檢測電路分別由電流互感器L1、電壓互感器Tl及相應(yīng)的采樣反饋電路組成，主電路電流1流入電流互感器LI的一次側(cè)，其二次側(cè)LI互感產(chǎn)生I1=1/1000*1()兒1輸出端分別串聯(lián)和并聯(lián)一個二極管謂4148，起保護(hù)作用，電阻1?14并聯(lián)在1^1兩端，輸出弱電壓信號仙=1?29*11 = 4711;由電阻1?11、1?12、1?13和電容03工4、05構(gòu)成的直流偏置電路與LI連接組成回路，直流偏置電路輸出端連接同相比例運(yùn)算電路的同相輸入端5腳，經(jīng)過運(yùn)算放大在輸出端7腳輸出電壓信號U1 = (R6+R7+R8/R6) *UQ = 15.7Uo，故主電路電流1在0-10A范圍內(nèi)，則輸出的電壓信號山為0-3.5￥，電壓互感器Tl一次側(cè)通過串聯(lián)限流電阻R24、R25分別與電極板、市電220V電源負(fù)極相連，二次側(cè)并聯(lián)負(fù)載電阻R23、R26，輸出弱電壓信號U2 = U/(R24+R25)*(R23+R26) = 1/1000U，后連直流偏置電路，并經(jīng)過同相比例運(yùn)算電路放大在輸出端I腳輸出電壓信號U3=(R15+R16+R17/R17)*U2 = 29.8U2，故主電路電壓在0-220V范圍內(nèi)，則輸出的電壓信號U3為0-3.5V，運(yùn)算放大器的輸出端1、7腳分別與單片機(jī)相應(yīng)I/O引腳連接，單片機(jī)通過自帶的AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號U^U3分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字量獲取檢測信息，并進(jìn)行進(jìn)一步的功率計算和數(shù)據(jù)處理。
【文檔編號】G05D23/19GK205485663SQ201521129024
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月28日
【發(fā)明人】李星恕, 黃磊, 劉文濤
【申請人】西北農(nóng)林科技大學(xué)