CN102038027B - 一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪 - Google Patents
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Abstract
一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，涉及肉类工业领域的电刺激嫩化技术，是一种智能的电刺激嫩化仪。包括有：微控制单元MCU、直流电源电路、逆变电路、安全电路、D/A、键盘输入、液晶显示、蜂鸣器、EEPROM、串口通讯、刺激电极。通过微控制单元及其外围电子器件组成的完整系统，可以精确的控制整流电路对直流进行整形，从而产生多种电流波形刺激新鲜牛肉，且其频率、峰值、刺激时间都可在仪器允许范围内任意设定。本电刺激嫩化仪产生的波形种类有直流、正弦波、三角波、方波；峰值范围为0-110V；频率范围为1-450HZ；定时范围为0-10min。本发明最大限度考虑牛肉不同品种和部位的差异，达到更好的嫩化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种牛肉电刺激嫩化仪。特别涉及一种能够产生多种波形，各种波形可在很宽范围内任意调整幅值、频率和刺激时间，最大限度考虑牛肉不同品种和部位的差异，达到更好的嫩化效果的智能化电刺激嫩化仪。
背景技术
电刺激是指对屠宰后的牛、羊胴体，在一定的电压、频率下作用一定的时间。1749年，BenjaminFranklin首次对宰后火鸡进行电刺激，然而直到1951年，美国人Harsham&Deatherage(U.S.Patent2,544,681)和Rensehler(U.S.Patent2,544,724)才首次申请专利，在肉类工业中应用电刺激技术改善肉的嫩度。电刺激首先在新西兰进行工业应用，以改善羊肉的品质。1978年美国旧金山的Lefield公司也开始将电刺激技术应用于肉品工业。
国内对电刺激的应用起步较晚，直到二十世纪七十年代才开始，但未见有相关的专利。曾有学者在2002年研究出一种电刺激嫩化仪，它通过单片机定时器控制220v市电插头的开断时间实现刺激。由于这种方法获得的电刺激波形实质还是正弦波，且波形的频率、幅值都不可以调节，目前很少应用。东北农业大学也研制出供实验室使用的嫩化器，但由于其为纯硬件的电路设计，故其自动化程度、安全系数及可靠性都不是很高，现在也很少使用。
现有电刺激牛肉嫩化仪的局限在于体积大、波形单一、频率和幅值不可调、工作不稳定、智能化程度不高等，不能适应不同品种和部位的牛肉嫩化需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够产生多种较为复杂的刺激波形，并且能够在很宽的范围内任意调整波形的幅值、频率、刺激时间，最大限度考虑到牛肉不同品种和部位的差异，从而达到更好的嫩化效果的电刺激嫩化仪。
本发明所采用的技术方案是：一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，包括有：电源电路和刺激电极，还设置有微控制单元MCU、直流电源电路、逆变电路、安全保护电路(或称为安全电路、保护电路)、D/A转换电路、键盘输入、液晶显示、蜂鸣器电路、EEPROM存储系统、串口通讯系统。其中，所述的D/A转换电路、键盘输入、液晶显示、蜂鸣器电路、EEPROM存储系统、串口通讯系统分别通过数据总线和地址总线与微控制单元MCU相连，D/A的输出端与直流电源电路相连，直流电源电路输出端与各种波形的整流电路相连，安全保护电路分别与整流电路和刺激电极相连。
所述的直流电源电路为可调的直流电源，输出的电压幅值范围为0-110V。MCU通过D/A与直流电源相连，实现了由MCU控制的直流电源输出。
所述的逆变电路由方波逆变电路和正弦波、三角波、锯齿波逆变电路组成。
所述的方波逆变电路，由驱动电路和四个场效应管组成的H桥构成。驱动电路采用专业场效应管驱动芯片UC3710，场效应管采用IRF460。MCU通过光耦隔离器与驱动电路相连，通过产生四路PWM波输入H桥，实现对直流电的逆变整形，从而产生正负双向的方波输出。
所述的正弦波、三角波、锯齿波逆变电路，由驱动电路和四个场效应管组成的H桥构成。驱动电路采用专业场效应管驱动芯片IR2110，场效应管采用IRF460。MCU通过光耦隔离器与驱动电路相连，通过产生四路SPWM波输入H桥，实现对直流电的逆变整形，从而产生正弦波、三角波、锯齿波的输出，同构控制SPWM的占空比来选择不同的波形。另外，在输出端还连接有一个截止频率为500HZ的LC低通滤波器，可输出的频率范围为1-450HZ。
所述的保护电路，是在整形电路和电极输出之间串联一个1欧姆的大功率取样电阻，采用电流检测芯片INA270与MCU相连，达到过流保护。另外，在直流电源处串联了保险丝，能提供双重保护。
所述键盘输入、液晶显示、蜂鸣器电路、EEPROM存储系统，为人机交互界面。在MCU程序的控制下，MCU读入键盘的值，液晶显示单元显示出特定的信息。EEPROM将用户模式存储在里面，掉电也不会丢失数据。蜂鸣器在刺激完成时给出指示。另外，MCU还连接有RS232串行通讯口。
本发明的优点在于：
1.本发明的可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，能够输出5种电压波形，分别是直流、方波、正弦波、三角波和锯齿波，供不同品种和部位的牛肉嫩化时选择。
2.本发明的电刺激仪各项参数可调，且调节范围大，直流电幅值范围为0～110V，其它波形的峰值电压范围为0～110V，频率的调节范围为1～450HZ。可用于不同品种和不同部位的牛肉电刺激。另外，本产品也适用于猪肉、羊肉、鸭肉的电刺激。
3.本发明的电刺激仪采用MCU控制，能够精确控制各项电刺激参数，采用液晶显示，可以清楚的获知所选用的电刺激波形、峰值、频率和刺激时间，从而寻求最佳的刺激参数。此外，本发明控制器可以预先设置推荐参数存储，可以方便的根据不同情况加以选用。由于采用MCU控制性能安全可靠，体积小，便于携带，智能化程度高，更适合现代肉类工业的需要。
4.本发明的电刺激仪采用最大峰值电压为110V的低压电刺激方法，同时在电路中采用过流保护、过压保护，具有较高的安全性。
附图说明
图1是本发明的系统构成框图
图2是本发明的方波逆变电路
图3是本发明的正弦波、三角波、锯齿波逆变电路
图4是本发明的安全保护框图
图5是本发明控制器工作程序流程示意图
其中：
1：微控制单元MCU 2：D/A转换电路
3：直流电源电路 4：方波逆变电路
5：正弦波、三角波、锯齿波逆变电路 6：安全电路
7：220V市电插头 8：刺激电极
9：4x4矩阵键盘电路 10：液晶显示电路
11：蜂鸣器 12：EEPROM
13：RS232通讯电路 14：PC上位机
15：由光耦隔离 16：方波驱动电路
17：H桥 18：驱动电路
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，包括有：微控制单元MCU1、D/A转换电路2、直流电源电路3、方波逆变电路4、正弦波、三角波、锯齿波逆变电路5、安全电路6、220V市电插头7、刺激电极8、4x4矩阵键盘电路9、液晶显示电路10、蜂鸣器11、EEPROM12、RS232通讯电路13、PC上位机14。其中，所述的D/A转换电路2的输入端与MCU1相连，输出端与直流电源电路3相连，直流电源电路3的输入端与220V市电插头7相连，直流电源电路3与方波逆变电路4和正弦波、三角波、锯齿波逆变电路5相连，安全保护电路6的输入与各路波形产生电路相连，输出与刺激电极8相连，所述的D/A转换电路2、4x4矩阵键盘电路9、液晶显示电路10、蜂鸣器11、EEPROM12、RS232通讯电路13分别通过数据总线和地址总线与微控制单元MCU1相连，PC上位机14与RS232通讯电路13相连，方波逆变电路4和正弦波、三角波、锯齿波逆变电路5的输入端还与MCU1相连。本发明的微控制器单元MCU1采用的型号为TI公司的MSP430F247；所述的D/A转换电路2采用的芯片型号为TLC5615；所述的液晶显示电路10采用的是FYD12864；所述的EEPROM12采用的是AT24C02芯片。
本发明的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪能产生的刺激波形为直流、方波、正弦波、三角波、锯齿波，并且各种波形的频率、峰值、刺激时间能根据需要进行调节。
如图2所示，所述的方波逆变电路4，是由光耦隔离15、方波驱动电路16和H桥17构成。光耦隔离15的输入端与MCU1相连，光耦隔离15的输出端与方波驱动电路16相连，方波驱动电路16连接有H桥17，光耦隔离15采用高速光耦隔离芯片6N137，方波驱动电路16采用四片UC3710场效应管驱动芯片，H桥17由四片场效应管IRF460组成，H桥17中的VCC与直流电源电路3的输出端连接，H桥17输入四路PWM波控制四个场效应管的开断实现对直流电的逆变，从而得到所需的方波电源，H桥17的输出端与输出的安全保护电路连接。
如图3所示，所述的正弦波、三角波、锯齿波逆变电路5，是由光耦隔离15、驱动电路18和H桥17构成。光耦隔离15的输入端与MCU1相连，光耦隔离15的输出端与驱动电路18相连，驱动电路18连接有H桥17，光耦隔离15采用高速光耦隔离芯片6N137，驱动电路18采用两片IR2110场效应管驱动芯片，H桥17由四片场效应管IRF460组成，H桥17中的VCC与直流电源电路3的输出端连接，H桥17输入四路SPWM波控制四个场效应管的开断实现对直流电的逆变，从而得到所需的正弦波、三角波或者锯齿波刺激电源，另外，H桥17输出端还连接有一个截至频率为500HZ的LC低通滤波器，可输出的频率范围为1-450HZ。
如图4所示，所述的安全保护电路6，是由一个1欧姆电阻和电流检测芯片INA270构成，1欧姆电阻串联于输出电极上，电流检测芯片INA270将检测到的电压值输入MCU1，在MCU1程序的控制下，当电刺激出现过流现象时立刻断开总电源，达到过流保护的目的，另外，在直流电源电路3的220V市电插头7输入端还安装有保险丝，也能实现过流保护。
本发明的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪的工作原理是，嫩化仪开机前，使用者将正负两个电极插入牛肉胴体的上下两端，电极应保持一定距离，嫩化仪开机后，首先进入自检；自检完成后，开始液晶显示10、各项参数初始化，确保开机后电极不输出，使用者通过设置在嫩化仪上的按键对刺激参数进行设定，由微控制单元MCU1处理这些设置结果，对各项参数进行处理，最终控制刺激电极8输出相应参数的电刺激波形。使用者可以在参数设置时通过按键进入功能子函数，通过功能子函数可以设定参数存储，写入EEROM存储系统12，也可以调用EEROM中存储的参数。电刺激开始时，进入定时中断，定时中断完成后蜂鸣器响并关闭电源，结束本次工作并等待下次操作。
本发明控制器根据不同牛胴体的实际情况，按照低压电刺激嫩化的要求，设定的各项参数的调节范围为：波形种类有直流、正弦波、三角波、方波；峰值范围为0-110V；频率范围为1-450HZ；定时范围为0-10min。
Claims (5)
1.一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，包括有：微控制单元MCU(1)、D/A转换电路(2)、直流电源电路(3)、方波逆变电路(4)、正弦波、三角波、锯齿波逆变电路(5)、安全保护电路(6)、220V市电插头(7)、刺激电极(8)、4x4矩阵键盘电路(9)、液晶显示电路(10)、蜂鸣器(11)、EEPROM(12)、RS232通讯电路(13)、PC上位机(14)；
其中，所述的D/A转换电路(2)的输入端与微控制单元MCU(1)相连，输出端与直流电源电路(3)相连，直流电源电路(3)的输入端与220V市电插头(7)相连，直流电源电路(3)与方波逆变电路(4)和正弦波、三角波、锯齿波逆变电路(5)相连，安全保护电路(6)的输入与各路波形产生电路相连，输出与刺激电极(8)相连，所述的D/A转换电路(2)、4x4矩阵键盘电路(9)、液晶显示电路(10)、蜂鸣器(11)、EEPROM(12)、RS232通讯电路(13)分别通过数据总线和地址总线与微控制单元MCU(1)相连，PC上位机(14)与RS232通讯电路(13)相连，方波逆变电路(4)和正弦波、三角波、锯齿波逆变电路(5)的输入端还与微控制单元MCU(1)相连。
2.根据权利要求1所述的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，其特征在于，所述的直流电源电路(3)的输入端通过D/A转换电路(2)与微控制单元MCU(1)相连，输出幅值受微控制单元MCU(1)调节的直流电。
3.根据权利要求1所述的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，其特征在于，所述的方波逆变电路(4)是由光耦隔离(15)、方波驱动电路(16)和H桥(17)构成，光耦隔离(15)的输入端与微控制单元MCU(1)相连，光耦隔离(15)的输出端与方波驱动电路(16)相连，方波驱动电路(16)连接有H桥(17)，光耦隔离(15)采用高速光耦隔离芯片6N137，方波驱动电路(16)采用四片UC3710场效应管驱动芯片，H桥(17)由四片场效应管IRF460组成，H桥(17)中的VCC与直流电源电路(3)的输出端连接，H桥(17)输入四路PWM波控制四个场效应管的开断实现对直流电的逆变，输出方波刺激电流。
4.根据权利要求1所述的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，其特征在于，所述的正弦波、三角波、锯齿波逆变电路(5)，是由光耦隔离(15)、驱动电路(18)和H桥(17)构成，光耦隔离(15)的输入端与微控制单元MCU(1)相连，光耦隔离(15)的输出端与驱动电路(18)相连，驱动电路(18)连接有H桥(17)，光耦隔离(15)采用高速光耦隔离芯片6N137，驱动电路(18)采用两片IR2110场效应管驱动芯片，H桥(17)由四片场效应管IRF460组成，H桥(17)中的VCC与直流电源电路(3)的输出端连接，H桥(17)输入四路SPWM波控制四个场效应管的开断实现对直流电的逆变，输出正弦波或者三角波或者锯齿波刺激电流，另外，H桥(17)输出端还连接有一个截至频率为500HZ的LC低通滤波器，可输出的频率范围为1-450HZ。
5.根据权利要求1所述的一种可输出多种波形的牛肉电刺激嫩化仪，其特征在于，所述的安全保护电路(6)，是由一个1欧姆电阻和电流检测芯片INA270构成，1欧姆电阻串联于输出电极上，电流检测芯片INA270将检测到的电压值输入微控制单元MCU(1)，在微控制单元MCU(1)程序的控制下，当电刺激出现过流现象时立刻断开总电源，实现过流保护，另外，在直流电源电路(3)的220V市电插头(7)输入端还安装有保险丝。
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