一种腐竹生产的多因素控制方法

技术领域

本发明涉及食品生产技术领域，尤其涉及一种腐竹生产的多因素控制方法。

背景技术

现有的腐竹生产设备中，影响腐竹生产的因素有多种，包括浆液的温度、浓度、PH值和浆液液位高度等，但当前生产设备中的控制系统大多都是单因素控制系统，没有考虑到各因素之间的相互作用而导致工艺条件最优值的变化，无法实现腐竹生产多因素自动控制，从而无法保证腐竹生产有效得率与质量。

因此，有必要提供一种新的腐竹生产的多因素控制方法解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种腐竹生产的多因素控制方法。

本发明提供的腐竹生产的多因素控制方法包括如下步骤：

S1：选择浆液温度、浆液浓度、浆液液位、浆液PH值为影响因素，腐竹得率和腐竹产率为指标值，进行单因素试验和多因素正交试验研究；

S2：利用数据采集模块实现对浆液的温度、浓度、液位及PH进行采集，后续通过各个传感器将采集到的模拟量经过信号处理放大后在利用A/D转换得到数字量，然后传输到单片机模块中进行处理；

S3：通过接收数据采集模块采集到的数字信号进行处理后在液晶显示模块进行显示，然后根据采集处理后的数字值是否在设定范围内来使控制模块进行工作；

S4：上位机监控模块是通过USB转RS232实现电脑端和单片机系统进行连接，利用串口通讯设置通讯值实现数据的传输，实现远距离数据的传输；

S5：通过控制响应模块分别控制温度、浓度、液位及PH的数值，其主要是利用电加热、风扇、流量控制阀和开关阀对其因素进行控制，而利用单片机和继电器连接实现低压电路转换为高压电路，来控制输出驱动电路使执行机构运行；

S6：通过单因素试验，记录解浆液温度、浆液浓度、浆液PH和浆液液位对腐竹得率和腐竹产率影响的规律；

S7：多因素正交试验，通过试验得到正交试验指标值，然后对多因素正交试验进行极差分析、方差分析。

优选的，对浆液温度控制主要通过按键模块程序设置出浆液温度上下限值，将采集到的浆液温度值和设置的浆液温度上下限值做出相应的对比分析：

A1、若采集到的浆液温度超过设置上限值，则驱动风扇工作降温，从而降低浆液的温度；

A2、若采集到的浆液温度低于设置下限值，则驱动电加热器工作升温，从而提高浆液的温度；

A3、若采集到的浆液温度在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液温度的控制。

优选的，对浆液浓度的控制主要控制开关阀的开闭来改变结膜池内浆液的浓度，将采集到的浆液浓度值和设置的浆液浓度范围值做出相应的对比分析：

B1、若采集到的浆液浓度值不满足设定范围，则触发报警，通过继电器控制水阀开闭；

B2、若采集到的浆液浓度值在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液浓度的控制。

优选的，对浆液液位控制主要是将采集到的当前液位值和设定液位值做出相应的对比分析：

C1、若液位不满足设定范围，则触发报警，启动电机控制；

C2、若液位满足设定范围，则重新对液位进行采集比较，最终实现了浆液液位的控制。

优选的，对浆液PH的控制主要将采集到的浆液PH值和设置的浆液PH范围值做出相应的对比分析：

D1、若采集到的浆液PH值不满足设定范围，则触发报警，通过继电器控制水阀开闭；

D2、若采集到的浆液PH值在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液PH的控制。

优选的，所述步骤S6中控制三个试验因素给定参数的情况下，将第四个因素试验参数变动，进行单因素试验，探究单因素对腐竹得率和腐竹产率的影响，通过多次单因素试验结果分析，得到各因素对腐竹生产影响的规律和腐竹生产较好的单因素参数范围。

优选的，所述步骤S7中，通过单因素对腐竹生产的影响，设定了多因素正交试验水平表，通过试验得到正交试验指标值，然后对多因素正交试验进行极差分析、方差分析，再利用所得的回归模型方程建立响应曲面图，进行响应面分析，最后进行腐竹生产的回归模型优化试验的验证。

与相关技术相比较，本发明提供的腐竹生产的多因素控制方法具有如下有益效果：

本发明提供一种腐竹生产的多因素控制方法，利用上位机实时监测各因素变化值，可以实现实时监测各因素的变化值以及远距离数据的传输，并且通过单因素控制方法和多因素控制方法进行有效实验。

附图说明

图1为本发明提供的腐竹生产的多因素控制方法的控制原理图；

图2为图1所示系统总体结构示意图；

图3为浆液温度控制主程序流程图；

图4为浆液浓度控制主程序流程图；

图5为浆液液位控制主程序流程图；

图6为浆液PH控制主程序流程图；

图7浆液温度对腐竹生产的影响变化图；

图8浆液浓度对腐竹生产的影响变化图；

图9浆液液位对腐竹生产的影响变化图；

图10浆液PH对腐竹生产的影响变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

请参阅图1至图10，本发明实施例提供的一种腐竹生产的多因素控制方法，所述腐竹生产的多因素控制方法包括如下步骤：

S1：选择浆液温度、浆液浓度、浆液液位、浆液PH值为影响因素，腐竹得率和腐竹产率为指标值，进行单因素试验和多因素正交试验研究；

S2：利用数据采集模块实现对浆液的温度、浓度、液位及PH进行采集，后续通过各个传感器将采集到的模拟量经过信号处理放大后在利用A/D转换得到数字量，然后传输到单片机模块中进行处理；

S3：通过接收数据采集模块采集到的数字信号进行处理后在液晶显示模块进行显示，然后根据采集处理后的数字值是否在设定范围内来使控制模块进行工作；

S4：上位机监控模块是通过USB转RS232实现电脑端和单片机系统进行连接，利用串口通讯设置通讯值实现数据的传输，实现远距离数据的传输；

S5：通过控制响应模块分别控制温度、浓度、液位及PH的数值，其主要是利用电加热、风扇、流量控制阀和开关阀对其因素进行控制，而利用单片机和继电器连接实现低压电路转换为高压电路，来控制输出驱动电路使执行机构运行；

S6：通过单因素试验，记录解浆液温度、浆液浓度、浆液PH和浆液液位对腐竹得率和腐竹产率影响的规律；

S7：多因素正交试验，通过试验得到正交试验指标值，然后对多因素正交试验进行极差分析、方差分析。

其中，所述控制系统的核心是STC12C5A60S单片机，所述单片机是连接多因素的传感器，所述传感器包括液位传感器，温度传感器，浓度传感器，PH值传感器，其中，所述液位传感器选用HC-SR04作为浆液的液位采集，HC-SR04共有四个引脚分别为输入、输出、接地及接电源引脚，所述温度传感器选用DS18B20作为温度采集传感器，采用单总线和单片机相连接完成信息双向传输实时反馈浆液温度信息，所述浓度传感器选择KF-102作为浆液的浓度采集，采集浆液浓度实时传输给单片机，所述PH值传感器选用雷磁E-201-C型PH复合电极，进行实时采集与单片机双向传输。

请参阅图3，对浆液温度控制主要通过按键模块程序设置出浆液温度上下限值，然后在对DS18B20温度采集程序进行调用，来对结膜池中的浆液温度进行监测和控制，并在LCD12864液晶显示屏中显示出当前实时浆液温度，将采集到的浆液温度值和设置的浆液温度上下限值做出相应的对比分析：

A1、若采集到的浆液温度超过设置上限值，则驱动风扇工作降温，从而降低浆液的温度；

A2、若采集到的浆液温度低于设置下限值，则驱动电加热器工作升温，从而提高浆液的温度；

A3、若采集到的浆液温度在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液温度的控制。

请参阅图4，对浆液浓度的控制主要控制开关阀的开闭来改变结膜池内浆液的浓度，调用按键扫描子程序来设定浆液浓度范围值，通过调用浆液浓度采集子程序，经过A/D转换子程序和数据处理子程序处理后在LCD12864上显示当前浓度值，将采集到的浆液浓度值和设置的浆液浓度范围值做出相应的对比分析：

B1、若采集到的浆液浓度值不满足设定范围，则触发报警，通过继电器控制水阀开闭；

B2、若采集到的浆液浓度值在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液浓度的控制。

请参阅图5，对浆液液位控制主要是在开启定时和A/D转换模块，通过扫描按键完成对按键模块的启动来设置浆液液位的上下限值，在超声波液位采集到的模拟量经过A/D转换处理后在LCD12864液晶显示屏上显示出来，将采集到的当前液位值和设定液位值做出相应的对比分析：

C1、若液位不满足设定范围，则触发报警，启动电机控制；

C2、若液位满足设定范围，则重新对液位进行采集比较，最终实现了浆液液位的控制。

请参阅图6，对浆液PH的控制主要控制开关阀的开闭来改变结膜池内浆液的PH；调用按键扫描子程序来设定浆液PH范围值，通过调用浆液PH采集子程序，经过A/D转换子程序和数据处理子程序处理后在LCD12864上显示当前PH值，将采集到的浆液PH值和设置的浆液PH范围值做出相应的对比分析：

D1、若采集到的浆液PH值不满足设定范围，则触发报警，通过继电器控制水阀开闭；

D2、若采集到的浆液PH值在设置范围时，则返回重新监测，最终实现了浆液PH的控制。

而在本实施例中：所述步骤S6中控制三个试验因素给定参数的情况下，将第四个因素试验参数变动，进行单因素试验，探究单因素对腐竹得率和腐竹产率的影响，通过多次单因素试验结果分析，得到各因素对腐竹生产影响的规律和腐竹生产较好的单因素参数范围，具体是：

检测浆液温度对腐竹生产的影响，进行试验时，保持其它参数不变，仅改变浆液温度来进行腐竹加工试验，初步设定为浆液浓度为8％，浆液PH值为7，浆液液位20mm，浆液温度分别取65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃进行多次试验；

请参阅图7，根据试验曲线拟合图可以看出，随着浆液温度的逐渐增大，腐竹得率呈现先增加后降低的趋势，在浆液温度在85℃左右达到较高值，同时腐竹产率也呈现出与腐竹得率相似的变化趋势：当浆液温度为84.3℃时，腐竹产率达到最大值221.6g/min，在浆液温度达到95℃之后，由于温度过高，腐竹颜色逐渐变黑，腐竹得率和腐竹产率有明显的下降趋势，这是因为温度过高导致腐竹内部产生美拉德反应，综合分析浆液温度在85℃左右时呈现一个比较好的腐竹生产性能。

检测浆液浓度对腐竹生产的影响，进行试验时，保持其它参数不变，选取浆液温度为80℃，浆液PH值为7，浆液液位为20mm，浆液浓度分别取7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％进行试验；

请参阅图8，根据试验结果及趋势图可以看出，随着浆液PH的增大，腐竹得率呈先升高后降低的趋势，在PH达到7.0左右时，腐竹得率达到较高值。同时腐竹产率也呈现出与腐竹得率相似的变化趋势，当PH达到8.5时，腐竹得率和腐竹产率下降最明显，这是因为大豆蛋白质在高的PH下解离成蛋白亚基，导致带负电荷的分子间相互排斥，降低蛋白质分子间相互作用的几率，无法成膜，综合分析浆液PH在7.0左右时呈现一个比较好的腐竹生产性能。

检测浆液PH对腐竹生产的影响，进行试验时，选取浆液温度为80℃、浆液浓度8％、浆液液位为20mm，浆液PH分别取5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5进行试验，其试验过程与之前实验方法一直，每组试验重复三次测量取平均值；

请参阅图9，根据试验结果及趋势图可以看出，随着浆液PH的增大，腐竹得率呈先升高后降低的趋势，在PH达到7.0左右时，腐竹得率达到较高值，同时腐竹产率也呈现出与腐竹得率相似的变化趋势，当PH达到8.5时，腐竹得率和腐竹产率下降最明显，这是因为大豆蛋白质在高的PH下解离成蛋白亚基，导致带负电荷的分子间相互排斥，降低蛋白质分子间相互作用的几率，无法成膜，综合分析浆液PH在7.0左右时呈现一个比较好的腐竹生产性能。

检测浆液液位对腐竹生产的影响，进行试验时，选取浆液温度为80℃、浆液浓度8％、浆液PH为7.0，浆液液位分别取15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm进行试验，其试验过程与之前试验方法一直，每组试验重复三次测量取平均值；

请参阅图10，根据试验结果及趋势图可以看出，随着浆液液位的增大，腐竹生产呈先升高后降低的趋势，在浆液液位为27.2mm时，腐竹得率达到最大值是44.4％；在浆液液位为27mm时，腐竹产率达到最大值是195.3g/min。当浆液液位达到45mm时，腐竹得率和腐竹产率下降最明显，这主要是由于随着浆液液位的增加，最后无法成膜的豆浆所占比例减少的缘故，豆浆长时间保持在较高温度下，豆浆中的部分糖类，分解成还原性糖，与豆浆中的氨基酸产生美拉德反应，最终使腐竹得率和产率也下降，综合分析浆液液位在27mm左右时呈现一个比较好的腐竹生产性能。

在本发明的实施例中，请参阅图1和图4，所述步骤S7中，通过单因素对腐竹生产的影响，设定了多因素正交试验水平表，通过试验得到正交试验指标值，然后对多因素正交试验进行极差分析、方差分析，再利用所得的回归模型方程建立响应曲面图，进行响应面分析，最后进行腐竹生产的回归模型优化试验的验证。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。