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料理機(jī)是在榨汁機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，除了具備榨汁、打豆?jié){等基本功能外，還可以打肉餡，制作刨冰和果醬等。目前，市場(chǎng)上的料理機(jī)種類(lèi)繁多，每臺(tái)機(jī)器的功能使用范圍也參差不齊。在料理機(jī)使用過(guò)程中，也存在諸多問(wèn)題，如電機(jī)發(fā)熱、攪拌刀片故障和難于清洗等。料理機(jī)是家用小電器，使用快捷方便，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，故家用果蔬料理機(jī)的設(shè)計(jì)和研究是目前榨汁機(jī)和料理機(jī)等家用小電器中的研究熱點(diǎn)。

一、料理機(jī)功能特點(diǎn)

1、料理機(jī)的實(shí)用性

家庭成員由于年齡段的不同，對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求也各不一樣，同時(shí)個(gè)人的口味喜好也不盡相同。家用果蔬料理機(jī)要面向這些群體對(duì)果蔬進(jìn)行處理，需要具有較為全面的實(shí)用性。

2、料理機(jī)的安全性

家用果蔬料理機(jī)的安全性包括使用的操作安全和環(huán)保健康的食品安全。操作安全主要是使用時(shí)機(jī)器的安全性和操作者的安全性，如使用時(shí)是否漏電，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)是否過(guò)熱，對(duì)使用的操作者是否具有傷害等。食品安全則是食品接觸性安全，由于果蔬料理機(jī)榨出汁液后消費(fèi)者要直接食用，食材在被加工時(shí)與料理機(jī)內(nèi)壁和刀具直接接觸，所以料理機(jī)的材質(zhì)要能夠滿足一定的食品安全要求，如材質(zhì)可與食品直接接觸，不會(huì)引起人體有害成分的化學(xué)變化或析出有害物質(zhì)，對(duì)食物的味道也不會(huì)產(chǎn)生任何影響，這樣才能保證食物的安全性。

3、綠色健康的料理機(jī)

綠色設(shè)計(jì)(Green Design)，其內(nèi)涵為在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，充分考慮所生產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)資源和環(huán)境的影響，將產(chǎn)品的可回收性、可重復(fù)利用性、可拆卸性和可維護(hù)性等環(huán)境屬性設(shè)定為設(shè)計(jì)的目標(biāo)加以重視的基礎(chǔ)上，確保產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、開(kāi)發(fā)周期和使用壽命符合有關(guān)要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到對(duì)環(huán)境的污染降對(duì)能源的消耗降到最小，零部件和產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)重新利用和再生循環(huán)。在果蔬榨汁機(jī)中的綠色設(shè)計(jì)體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

(1)動(dòng)力系統(tǒng)。傳統(tǒng)食品機(jī)械依據(jù)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力提供，存在噪聲污染和漏油污染等問(wèn)題，甚至還會(huì)影響食品的品質(zhì)。在綠色設(shè)計(jì)的下，用電力代替石油作為動(dòng)力，開(kāi)發(fā)新型能源如植物油、太陽(yáng)能和天然氣等作動(dòng)力。

(2)機(jī)器選材方面。在綠色設(shè)計(jì)的倡導(dǎo)下，選取低耗能、低污染、低成本、易于加工、易處理和易回收的耐腐蝕無(wú)毒便于拆卸清洗的材料，因?yàn)楣哒ブ瓩C(jī)生產(chǎn)的食物是讓消費(fèi)者直接來(lái)食用的，食品質(zhì)量關(guān)系到消費(fèi)者的健康，所以選材要綠色。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。要堅(jiān)持綠色的理念做到易于裝配、制造和拆卸，在保證質(zhì)量的前提下，盡可能地減少零件的使用數(shù)量，在裝配和制造過(guò)程中盡可能地做到清潔生產(chǎn)、減少環(huán)境污染，延長(zhǎng)設(shè)備壽命等。

4、料理機(jī)提高營(yíng)養(yǎng)成分

細(xì)胞破壁技術(shù)，就是利用酶解法、化學(xué)方法、物理方法或幾種方法配合使用使細(xì)菌細(xì)胞壁破裂的方法。以植物細(xì)胞為例，細(xì)胞壁分為3層，即胞間層(中層)、初生壁和次生壁。這樣一層層的厚壁使水分和營(yíng)養(yǎng)物不能透過(guò)。細(xì)胞破壁技術(shù)就是通過(guò)打破植物細(xì)胞壁，使水分及營(yíng)養(yǎng)更好地被吸收和保持活性成分的技術(shù)，釋放植物生化素，限度地融合其中的膳食纖維、維生素及其他營(yíng)養(yǎng)元素。

以食物料理機(jī)為例，“破壁技術(shù)"料理機(jī)通過(guò)合理定制的超高轉(zhuǎn)速，在短短數(shù)十秒內(nèi)*將食物攪碎細(xì)致，對(duì)食物細(xì)胞壁的擊碎率較高，可以打破果蔬細(xì)胞壁，釋放植物生化素，限度地融合果蔬中的膳食纖維、維生素及其他營(yíng)養(yǎng)元素，擁有破壁技術(shù)的料理機(jī)所加工出的食材，營(yíng)養(yǎng)成分可提高3～4倍，更易吸收。

二、家用果蔬料理機(jī)設(shè)計(jì)方案

家用果蔬料理機(jī)以鮮榨時(shí)令果蔬為目標(biāo)，主要對(duì)果蔬進(jìn)行榨汁和破壁。果蔬榨汁機(jī)分為3大部分:動(dòng)力來(lái)源的電機(jī)為原動(dòng)機(jī)部分，提供不同速度的傳動(dòng)部分和執(zhí)行榨汁操作的切削攪拌部分。其工作原理為電機(jī)轉(zhuǎn)化帶來(lái)動(dòng)力，變速裝置滿足不同速度的榨汁要求，利用不同的切削刀具或者混合攪拌裝置帶來(lái)不同的果蔬料理效果。根據(jù)使用情況的不同設(shè)置調(diào)速擋位，滿足不同果蔬的榨汁需求。以綠色設(shè)計(jì)為貫穿，以使用方便便捷、安全可靠為目標(biāo)，結(jié)合果蔬破壁的營(yíng)養(yǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)家用果蔬榨汁機(jī)的主體結(jié)構(gòu)。

(1)多樣化料理功能。針對(duì)果蔬的不同特點(diǎn)，依據(jù)營(yíng)養(yǎng)和便捷的料理方式，果蔬料理機(jī)提供了多樣化的果蔬料理?yè)跷?。有普通攪拌擋位、多汁液?lèi)果蔬擋位、一般果蔬擋位、破壁果蔬擋位和預(yù)留其他榨汁擋位。其中普通攪拌擋位，可以提供汁液的混合。破壁果蔬則是結(jié)合果蔬破壁技術(shù)的物理方法，使果蔬破壁，釋放更好的營(yíng)養(yǎng)成分。

(2)方便清洗的可拆設(shè)計(jì)。在果蔬料理機(jī)的使用中，需要對(duì)機(jī)器進(jìn)行全面的清洗。果蔬料理機(jī)的清洗是否完善，影響它的使用效果。針對(duì)料理機(jī)使用后難于清洗的特點(diǎn)，首先在料理機(jī)選材上要選擇使用食品級(jí)易清洗的材質(zhì)，另外就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用可拆結(jié)構(gòu)，易于沖洗和清洗。

(3)刀具的多樣化。針對(duì)果蔬處理品種的多樣性，增加配置不同的刀具，使料理機(jī)可以滿足常用果蔬的混合攪拌、榨汁和破壁等多種功能。另外，不同果蔬處理采用不同的刀具，也從根本上延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。

三、料理機(jī)方案設(shè)計(jì)思路

料理機(jī)以單片機(jī)為控制核心，結(jié)合防溢及防干燒溢出檢查電路，溫度檢測(cè)模塊、電源電路，加熱驅(qū)動(dòng)電路模塊、報(bào)警模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可完成各種鮮榨飲品的制作。

在該系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電路為整個(gè)系統(tǒng)中的不同外設(shè)提供系統(tǒng)需要的電壓，單片機(jī)需要檢測(cè)按鍵電路、溫度檢測(cè)電路、防溢和防干燒電路的輸入，同時(shí)要控制加熱電路、報(bào)警電路、步進(jìn)電機(jī)電路和顯示電路這幾個(gè)模塊。加熱電路用來(lái)產(chǎn)生熱量對(duì)水和各種雜糧或干果的混合物進(jìn)行加熱；溫度檢測(cè)電路用來(lái)檢測(cè)飲品的溫度，該溫度數(shù)據(jù)用于MCU對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的決策；防溢和防干燒電路用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的水位，以保證系統(tǒng)安全可靠的工作；按鍵電路作為用戶的輸入，報(bào)警電路用作系統(tǒng)異常時(shí)報(bào)警和提示；步進(jìn)電機(jī)作為打漿的動(dòng)力設(shè)備，實(shí)現(xiàn)粉碎材料的功能；顯示電路做人機(jī)交互使用，顯示工作模式，液位狀態(tài)及液體溫度，及其它相關(guān)研磨漿狀態(tài)。

1、防溢及防干燒模塊電路設(shè)計(jì)

由于料理機(jī)在工作的過(guò)程中有可能會(huì)發(fā)生溢出、干燒等情況，在這種情況下，如果機(jī)器還繼續(xù)工作，就會(huì)存在很大的安全隱患，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生火災(zāi)。因此需要對(duì)料理機(jī)的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水位監(jiān)測(cè)及溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)來(lái)控制料理機(jī)缺水時(shí)干燒及沸騰溢出等問(wèn)題。

水位及溫度檢測(cè)電路采用探針模擬傳感器來(lái)檢測(cè)水位及沸騰溢出的情況，然后通過(guò)比較器輸出高低電平，這樣就可以通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)比較器輸出電平的高低來(lái)檢測(cè)水位及沸騰時(shí)的溢出狀態(tài)；S1閉合時(shí)，給單片機(jī)一個(gè)高電平信號(hào)，表示豆?jié){溢出，開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)表示正常沒(méi)有溢出。同理，S2閉合時(shí)，輸入高電平表示干燒，開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)表示正常。當(dāng)其中任意按鈕閉合，都會(huì)引起蜂鳴器報(bào)警，提示可以關(guān)閉電源了。

2、加熱模塊和磨漿模塊設(shè)計(jì)

加熱電路的作用是通過(guò)加熱管把磨成粉末的食材煮熟，本設(shè)計(jì)使用的加熱器功率為800w磨漿電路的作用是通過(guò)電機(jī)把食材拌成粉末。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，為了避免其連續(xù)工作容易造成損壞，本設(shè)計(jì)采用的是間歇性打漿的方式。加熱電路的工作原理是單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大信號(hào)，然后啟動(dòng)繼電器RL1，繼電器RL1獲得電流后吸附貼片，從而形成加熱電流回路，使加熱電路開(kāi)始工作。打漿電路的工作原理是單片機(jī)發(fā)出信號(hào)通過(guò)三極管Q3對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后啟動(dòng)繼電器RL2，繼電器RL2獲得電流后吸附鐵片，從而形成打漿電流回路，使打漿電路開(kāi)始工作。

3、電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。其中，電源變壓器TR1是將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換成為各種電路設(shè)備所需的交流電壓；整流電路對(duì)次級(jí)輸出的交流電進(jìn)行橋式整流，經(jīng)過(guò)濾波電容的濾波輸入到7812穩(wěn)壓芯片中去，從7812上出來(lái)的電壓經(jīng)過(guò)濾波電容后就為12V直流電，該電壓供給步進(jìn)電機(jī)和加熱電路，同時(shí)該電壓被輸入到三端穩(wěn)壓器7805上，再濾波后就得到5V的直流電源，該電壓供給MCU和防干燒電路等外設(shè)使用。

報(bào)警模塊是由一個(gè)三極管Q1、一個(gè)電阻R5及一個(gè)蜂鳴器LS1所構(gòu)成。報(bào)警模塊電路的工作流程就是當(dāng)料理機(jī)工作完成時(shí)或是水位檢測(cè)不符標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)P1口發(fā)來(lái)的高電平信號(hào)繼而向P1.5接口發(fā)出信號(hào)，并通過(guò)三極管Q1使得信號(hào)的功率被放大，最終使蜂鳴器報(bào)警發(fā)出通知。

當(dāng)料理機(jī)煮漿過(guò)程中，由于溫度大，會(huì)使飲品中的酸性物質(zhì)產(chǎn)生大量的泡沫，影響正常煮漿工作，為了不停止工作，節(jié)省大量時(shí)間，所以需要一個(gè)主動(dòng)的消泡裝置。在電動(dòng)機(jī)的主軸上按掛兩個(gè)金屬棒，金屬棒采用銅制的金屬材料，其導(dǎo)電性能優(yōu)，并且在多次試驗(yàn)下的數(shù)據(jù)表明，金屬棒裝設(shè)在防溢電極下面2.5厘米處，它的消泡，這樣就完成了主動(dòng)消泡裝置的設(shè)計(jì)。

四、料理機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

1、料理機(jī)主程序設(shè)計(jì)

料理機(jī)的主程序是整個(gè)系統(tǒng)工作流程的控制和決策者，主要通過(guò)檢測(cè)水位傳感器、溫度傳感器的輸入，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)、加熱器、顯示屏和蜂鳴器的輸出，從而達(dá)到使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊運(yùn)行的目的。主程序的流程圖如圖6所示，以豆?jié){為例。

從流程圖中可以看出，系統(tǒng)上電之后首先初始化相關(guān)外設(shè)，這些外設(shè)包括蜂鳴器、LCD顯示、加熱器、溫度傳感器等。在初始化外設(shè)完畢后，需要打開(kāi)外部中斷0和外部中斷1，這是檢測(cè)飲品溢出和干燒的必要條件。之后系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)水位異常情況，如果系統(tǒng)檢測(cè)到的水位過(guò)高或者過(guò)低，LCD上會(huì)提示用戶加水或者減水讓水位達(dá)到正常水平；若水位正常，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)用戶是否按下開(kāi)始鍵，這樣做的目的是為了讓用戶對(duì)往豆?jié){機(jī)中加的水進(jìn)行確認(rèn)，在用戶按下了開(kāi)始鍵之后，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)用戶是否通過(guò)按鍵選擇好了要制作飲品的濃度；濃度選擇完畢后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶選擇的飲品濃度來(lái)給定一個(gè)打漿次數(shù)并把該次數(shù)寫(xiě)入變量中去，之后開(kāi)始加熱水到80度；在水溫達(dá)到80度后，系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉加熱，開(kāi)始控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)刀片打漿，打漿圈數(shù)后，系統(tǒng)再次將水溫加熱到80度，之后打漿次數(shù)變量減1，然后又關(guān)閉加熱，繼續(xù)打漿、加熱，變量減1……，這樣反復(fù)進(jìn)行直到打漿次數(shù)變量減到0，說(shuō)明豆?jié){制作完畢了，之后系統(tǒng)關(guān)閉打漿和加熱，然后LCD顯示打漿完成，蜂鳴器發(fā)出提示音。

2、料理機(jī)按鍵驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，按鍵用來(lái)獲得用戶的輸入，主要表現(xiàn)為用戶水位的確認(rèn)和豆?jié){制作模式的選擇。本設(shè)計(jì)使用的是獨(dú)立按鍵，其編程比較簡(jiǎn)單，程序流程圖如圖7示。

從圖中可以看出，按鍵檢測(cè)函數(shù)最重要的一個(gè)部分就是去抖，這是因?yàn)榧偃缬邪存I按下，理想的情況是直接從高電平跳躍到低電平，但是因?yàn)槿耸衷诎窗存I的過(guò)程中會(huì)存在抖動(dòng)，或者說(shuō)由于按鍵本身的特性，在人按它的過(guò)程中，或多或少的都會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，使得在按鍵按下的過(guò)程中，整個(gè)電平中會(huì)有很多抖動(dòng)，所以如果不去抖，就會(huì)使得檢測(cè)到的按鍵狀態(tài)不正確，產(chǎn)生誤操作。一般情況下，按鍵在開(kāi)始按到穩(wěn)定大概需要5~10ms才能穩(wěn)定，本系統(tǒng)加入的去抖延時(shí)為5ms。

總結(jié)

本文結(jié)合果蔬料理機(jī)的市場(chǎng)需求和使用功能，充分分析了家用果蔬料理機(jī)的使用市場(chǎng)需求目標(biāo)。融合各種設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，以實(shí)用、安全、綠色和營(yíng)養(yǎng)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)出了一種能方便快捷地獲取果汁、清洗方便和使用安全的家用小型果蔬料理機(jī)。在果蔬料理機(jī)的主體結(jié)構(gòu)中，增加多樣化料理功能的擋位設(shè)計(jì)，為方便清洗采用了局部可拆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又對(duì)料理果蔬所用的刀具進(jìn)行了多樣化處理，達(dá)到了家用果蔬料理機(jī)使用的目的。

介紹了一種基于單片機(jī)的全自動(dòng)料理機(jī)的原理及系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心控制器，運(yùn)用電加熱原理和聲光報(bào)警等系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水溫加熱，飲品打磨，自動(dòng)報(bào)警等功能以及良好的人機(jī)交互界面，具有使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，功耗低等特點(diǎn)。

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