基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，该控制系统包括PWM交流过零调功模块、信号检测模块、串口通讯模块、输入显示模块、加热凝固容器；加热凝固容器中电极的两端通过导线分别连接PWM交流过零调功模块的输出端和市电220V电源负极；信息检测模块中电压、电流的检测输入端通过导线分别并联和串联在主电路中，实现信息的实时检测和反馈；PWM交流过零调功模块、信号检测模块、串口通讯模块和输入显示模块的控制端通过导线分别连接单片机的相应I/O引脚，实现系统的整体控制；本实用新型通过PWM交流过零调功方式有效控制了蛋白凝胶类食品加热凝固过程中加热速率和凝固温度，温度波动小，安全可靠。
【专利说明】
基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种食品加热凝固系统，特别涉及一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统。
【背景技术】
[0002]作为由大豆、鸡蛋、牛奶等浆状材料加热凝固成凝胶状蛋白凝胶类食品，如:豆腐、鸡蛋羹、鸡蛋牛奶布丁等不仅蛋白质含量丰富，同时也富含人体所必需的多种氨基酸，钙、磷、铁等矿物质，以及多种维生素和纤维素等，营养价值极高。且品种丰富，风味、口感多样，故深人们喜愛。
[0003]蛋白凝胶类食品的制作过程就是通过加热，使蛋白质发生热变性，并在保温过程中凝固剂的作用下，形成凝胶的过程。即具有加热和保温凝固两个阶段。加热速率，保温凝固温度、凝固时间都直接影响蛋白凝胶类食品凝胶的形成速率、凝固程度及质构品质。目前鸡蛋羹、鸡蛋牛奶布丁的制作主要是用烤箱烤制或用蒸锅以隔水加热的方式使鸡蛋中蛋白和蛋黄发生凝胶反应产生凝胶。而豆腐的制作则主要通过直火加热、电阻丝加热、蒸汽加热等方式煮浆使生豆浆中的大豆蛋白质产生热变性，并在保温过程中通过凝固剂的作用，发生凝胶反应形成凝胶状豆腐。
[0004]研究表明，在加热过程中加热时间的过长或过短，会分别导致多肽分解和盐析反应，致使凝胶状豆腐凝固失败。而对于鸡蛋羹、鸡蛋牛奶布丁等，凝固温度过高，加热速率过快，则会导致蛋白质凝胶网络形成速率过快，使其凝固质构不均匀，并影响口感和质量。因此，有效地控制加热速率和凝固温度、凝固时间对蛋白凝胶类食品的凝胶成型至关重要。并且不同的蛋白凝胶类食品，所需的最佳加热速率、凝固温度和凝固时间也各不相同，故一种独立的多功能蛋白凝胶类食品制作装置必须具有可自行设定加热速率、凝固温度和凝固时间等功能。欧姆加热是一种新兴的加热方式，其利用食品本身的介电性质，当电流通过时，在食品物料内部将电能转化为热能，引起食品温度升高，从而达到直接均匀加热杀菌的目的。故欧姆加热又称为通电加热，广泛应用于液体、黏稠体和固液两相等食品物料的加热处理。然而，基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统的相关研究目前还未见报道。
【实用新型内容】
[0005]为了最终实现多功能蛋白凝胶类食品加热凝固设备的开发，填补市场上蛋白凝胶类食品独立制作加工装置的空白，本实用新型提供一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，其采用双向可控硅以PWM过零调功方式有效控制设定的加热速率、凝固温度、凝固时间，实现多种蛋白凝胶类食品的制作。
[0006]本实用新型是通过以下方案实现:基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，包括PWM交流过零调功模块1、串口通讯模块2、输入显示模块3、信号检测模块4、加热凝固容器5;加热凝固容器5中电极的两端通过导线分别连接PffM交流过零调功模块I的输出端和市电220V电源负极，PWM交流过零调功模块I的输入端通过导线与市电220V电源正极相连，其控制端与单片机相应I/O引脚相连，单片机通过控制PffM交流过零调功模块I实现加热凝固容器5中蛋白凝胶类食品的加热凝固；串口通讯模块2的控制端与单片机相应I/O引脚连接，其输入输出端与上位机母座连接，实现数据获取和相关指令的控制;输入显示模块3与单片机相应I/O引脚连接，实现实时温度、电压、电流、加热速率、凝固温度、剩余时间等数据显示及相关参数的设定;信息检测模块4中电压检测电路的输入端通过导线并联在加热凝固容器5的电极两端，其输出端与单片机相关I/O引脚连接，实现电压的实时检测及数据反馈;电流检测电路的输入端通过导线串联在主电路中，实现电流的实时检测及数据反馈；数字温度传感器DS18B20的探头检测端置于加热凝固容器5中，其控制端与单片机相应I/O引脚连接，实现蛋白凝胶类食品温度的实时检测及数据反馈。本控制系统基于欧姆加热方式人工设置不同的加热速率、凝固温度和凝固时间，通电后，信号检测模块4将实时检测的电压、电流和温度值反馈给STC12C5AS02单片机，经过功率计算，单片机产生一定占空比的PffM信号控制PffM交流过零调功模块I周期通断，从而调节输出功率，实现生豆浆、蛋液、牛奶鸡蛋液等各自加热过程中不同加热速率的恒定，凝固过程中凝固温度的保持，并在不同的凝固时间内形成凝胶状豆腐、鸡蛋羹、鸡蛋牛奶布丁等不同蛋白凝胶类食品。
[0007]本实用新型的优点是:
[0008]为了降低豆腐、鸡蛋羹、鸡蛋牛奶布丁等蛋白凝胶类食品的制作难度，提高蛋白凝胶类食品的制作效率及品质，并最终实现多功能蛋白凝胶类食品加热凝固设备的开发，填补市场上蛋白凝胶类食品独立制作加工装置的空白，本实用新型提供一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，其加热均匀，温度波动小，电能利用率高，易于操作，并安全稳定。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的控制系统总体结构示意图
[0010]图2为本实用新型的PffM交流过零调功模块电路原理图
[0011]图3为本实用新型的电流检测电路原理图
[0012]图4为本实用新型的电压检测电路原理图
【具体实施方式】
[0013]参阅图1，本实用新型的一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，包括PWM交流过零调功模块I (双向可控硅、过零光耦可控硅驱动器)、串口通讯模块2、输入显示模块3(按键、LED灯、液晶显示屏)、信号检测模块4(电压互感器、电流互感器、温度传感器)，加热凝固容器5(电极)。
[0014]具体工作过程:
[0015]系统通电后，按下切换按键，液晶显示屏分别显示初始的温度、电压、电流、加热功率、加热速率及凝固时间；按下设置按键，设定所需的加热速率、凝固温度及凝固时间；然后按下开始按键，系统开始工作，液晶显示屏显示相关实时信息，单片机通过对信息检测模块4所反馈的电压、电流、温度等数据进行AD转换并功率计算，调节输出设定周期内PffM方波的占空比，结合过零光耦可控硅驱动器对交流正弦波电压的过零检测，控制触发双向可控硅的通断，输出连续均匀的周波，即通过改变双向可控硅在设定周期内的通断比来调节输出的加热功率，实现加热速率，凝固温度的恒定。
[0016]参阅图2，本实用新型的PffM交流过零调功模块I中双向可控硅QI的输入端A1、输出端A2通过导线分别连接市电220V电源正极和电极板，电容Cl和电阻Rl组成RC阻容吸收电路并联在双向可控硅Ql两端，吸收反向尖峰电压，实现双向可控硅的过电压保护。过零光耦可控硅驱动器Ul内部由红外发光二极管LED、过零检测光控双向可控硅组成，具有直流低电压控制交流高电压、电气隔离作用。其输入端I脚接直流电压+5V，输入端2脚接单片机相应I/O引脚，由单片机输出P丽信号，控制红外发光二极管LED导通发光;其输出端6脚通过触发限流电阻R2与双向可控硅Ql的输入端Al相连，输出端4脚与BT138-600双向可控硅Ql的G极相连，并通过门极电阻R5与双向可控硅Ql的输出端A2相接；门极电阻R5防止误触发，提高抗干扰能力。当过零光耦可控硅驱动器Ul内发光二极管LED导通发光，同时市电220V交流电压过零点时，过零检测光控双向可控硅触发导通，同时输出端4脚产生触发信号，进一步触发双向可控硅Ql导通，接通交流负载，输出连续的交流电压。即通过控制PWM输入信号的占空比调整输出电压的周波个数，从而改变输出功率。
[0017]参阅图3，本实用新型的信号检测模块4中电流检测电路由额定电流比为10A/10mA电流互感器LI及相应的采样电路组成；主电路电流1流入电流互感器LI的一次侧，则其二次侧LI互感产生I1 = Iz100^iq, LI输出端分别串联和并联一个二极管1N4148，起保护作用；电阻1?14并联在1^1两端，输出弱电压信号1]() = 1?29*11 = 4711;由电阻1?11、1?12、1?13和电容〇3、C4、C5构成的直流偏置电路与LI连接组成回路。直流偏置电路输出端连接同相比例运算电路的同相输入端5脚，经过运算放大在输出端7脚输出电压信号山二丨!^+!^+!^/!^)*^ =15.7Uo，故主电路电流1在0-10A范围内，则输出的电压信号U^0-3.5V。
[0018]参阅图4，本实用新型的信号检测模块4中电压检测电路由1:1电压互感器Tl及相应的采样电路组成；1:1电压互感器Tl 一次侧通过串联限流电阻R24、R25分别与电极板、市电220V电源负极相连，二次侧并联负载电阻R23、R26，输出弱电压信号U2 = U/(R24+R25)*(R2 3+R26) = I /1000U，后连直流偏置电路，并经过同相比例运算电路放大在输出端I脚输出电压信号U3=(R15+R16+R17/R17)*U2 = 29.8U2，故主电路电压在0-220V范围内，则输出的电压信号U3为0-3.5V。运算放大器的输出端1、7脚分别与单片机相应I/O引脚连接，单片机通过自带的AD转换器将模拟电压信号U^U3分别转换为数字量，获取检测信息，并进行进一步的功率计算和数据处理。
【主权项】
1.一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，该控制系统包括PWM交流过零调功模块(I)、串口通讯模块(2)、输入显示模块(3)、信号检测模块(4)、加热凝固容器(5)，加热凝固容器(5)中电极的两端通过导线分别连接PffM交流过零调功模块(I)的输出端和市电220V电源负极，信息检测模块(4)中电压、电流的检测输入端通过导线分别并联和串联在主电路中，实现信息的实时检测和反馈，PWM交流过零调功模块(I)、串口通讯模块(2)、输入显示模块(3)和信号检测模块(4)的控制端通过导线分别连接单片机的相应I/O引脚，实现系统的整体控制。2.根据权利要求1所述的一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，其特征是:PWM交流过零调功模块(I)由双向可控硅Ql及过零光耦可控硅驱动器Ul组成，双向可控硅QI的输入端A1、输出端A2通过导线分别连接市电2 20V电源正极和电极板，电容CI和电阻Rl组成RC阻容吸收电路并联在双向可控硅Ql两端，吸收反向尖峰电压，实现双向可控硅的过电压保护，过零光耦可控硅驱动器Ul内部由红外发光二极管LED、过零检测光控双向可控硅组成，其输入端I脚接直流电压+5V，输入端2脚接单片机相应I/O引脚，由单片机输出占空比可变的PWM信号，控制红外发光二极管LED导通发光;其输出端6脚通过触发限流电阻R2与双向可控硅Ql的输入端Al相连，输出端4脚与双向可控硅Ql的G极相连，并通过门极电阻R5与双向可控硅Ql的输出端A2相接，门极电阻R5防止误触发，提高抗干扰能力，当过零光耦可控硅驱动器Ul内发光二极管LED导通发光，同时市电220V交流电压过零点时，过零检测光控双向可控硅触发导通，同时输出端4脚产生触发信号，进一步触发双向可控硅Ql导通，接通交流负载，输出周波连续的交流电压，即通过控制PWM输入信号的占空比调整输出电压的周波个数，从而改变输出功率。3.根据权利要求1所述的一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固控制系统，其特征是:信号检测模块(4)中电流、电压检测电路分别由电流互感器L1、电压互感器Tl及相应的采样反馈电路组成，主电路电流1流入电流互感器LI的一次侧，其二次侧LI互感产生I1=1/1000*1()儿1输出端分别串联和并联一个二极管謂4148，起保护作用，电阻1?14并联在1^1两端，输出弱电压信号仙=1?29*11 = 4711;由电阻1?11、1?12、1?13和电容03工4、05构成的直流偏置电路与LI连接组成回路，直流偏置电路输出端连接同相比例运算电路的同相输入端5脚，经过运算放大在输出端7脚输出电压信号U1 = (R6+R7+R8/R6) *UQ = 15.7Uo，故主电路电流1在0-10A范围内，则输出的电压信号山为0-3.5￥，电压互感器Tl一次侧通过串联限流电阻R24、R25分别与电极板、市电220V电源负极相连，二次侧并联负载电阻R23、R26，输出弱电压信号U2 = U/(R24+R25)*(R23+R26) = 1/1000U，后连直流偏置电路，并经过同相比例运算电路放大在输出端I脚输出电压信号U3=(R15+R16+R17/R17)*U2 = 29.8U2，故主电路电压在0-220V范围内，则输出的电压信号U3为0-3.5V，运算放大器的输出端1、7脚分别与单片机相应I/O引脚连接，单片机通过自带的AD转换器将模拟电压信号U^U3分别转换为数字量获取检测信息，并进行进一步的功率计算和数据处理。
【文档编号】G05D23/19GK205485663SQ201521129024
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月28日
【发明人】李星恕, 黄磊, 刘文涛
【申请人】西北农林科技大学