电子式泡菜制作方法与装置 【技术领域】
本发明涉及泡菜制作技术领域， 具体涉及电子式泡菜制作方法与装置。背景技术 泡菜是人们日常生活中比较喜欢的一种食品。它成本低廉、 制作简单、 风味独特、 利于储存。 它以各种新鲜脆嫩蔬菜为原料， 浸渍在添加辛香料的盐水中， 密封经发酵一段时 间后的产品。因此如何快速有效的腌制泡菜， 同时又保证泡菜的营养、 口感、 食用安全和质 量的一致性来满足人们的日常需求显得很有必要。
就目前腌制泡菜的方法而言， 一方面， 耗费时间较长， 特别是企业大批量生产泡菜 时， 食用时间不能准确控制， 企业经济效益也得不到保障。另一方面， 亚硝酸盐含量容易 超标， 食用安全性得不到保障。我国卫生标准规定， 亚硝酸盐的残留量在泡菜中不得超过 20mg/kg。因此， 对泡菜中亚硝酸盐含量影响因素进行研究， 从而有效监测亚硝酸盐的产生 含量， 指导人们正确食用具有重要的意义。目前很多关于泡菜中亚硝酸盐含量影响因素及
安全食用期等类似的研究， 例如起始 PH 值、 温度变化等主要因素对亚硝酸盐的产生含量有 很大影响， 然而大多测量都是采取化学等手段来分析和研究腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含 量变化， 并没有采取实时性的在线监测和控制措施。此外， 大规模腌制泡菜时， 依照传统的 腌制方法， 时常会存在有的泡菜坛腌制的菜味道正好， 有的偏咸或偏淡， 这样就很难保证泡 菜质量一致性。 发明内容
本发明的目的是解决现有基于传统腌制泡菜的时间长、 亚硝酸盐含量容易超标、 泡菜质量达不到一致等缺陷， 提供了快速、 高效智能的电子式泡菜制作方法与装置， 具体技 术方案如下。
本发明提供一种电子式泡菜制作装置 ： 包括超声波发射换能器、 传感器模块、 控制 模块、 电源模块以及无线通信模块。所述控制模块分别与超声波发射换能器、 传感器模块、 电源模块和无线通信模块相连， 负责数据采集、 超声波发送、 数据处理和传输。
所述超声波发射换能器在控制模块的控制下发射超声波， 通过发射超声波加快分 子运动， 达到加速腌制的目的 ；
所述传感器模块包括温度传感器、 PH 值传感器、 盐度传感器 ； 温度传感器、 PH 值传 感器、 盐度传感器分别采集装置内的温度、 PH 值和盐度。
所述电源模块为整个装置提供电源， 由可充电电池、 电压检测电路和充电接口电 路构成 ； 可充电电池用于输出电压给传感器模块、 超声波换能器、 控制模块和无线通信模 块； 电压检测电路与控制模块的 ADC 通道相接， 用于测量可充电电池的电压， 进而获得剩余 电量 ； 可充电电池与充电接口电路相接， 当剩余电量不足时， 对其充电。
本发明还提供一种电子式泡菜制作方法， 包括以下 4 个步骤 ：
步骤 1 ： 在监测平台中建立一个数据库， 数据库里面包含腌制过程中多组 “温度 -PH 值 - 盐度” 值以及与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝酸盐含量数据， 并为温度、 PH 值、 盐度和亚硝酸盐含量设置可接受的范围 ；
步骤 2 ： 对每个泡菜坛编号， 然后将作料配方以及清洗好的待腌制蔬菜装入泡菜 装置中， 密封， 启动泡菜装置开始工作， 超声波发射换能器发送超声波， 传感器模块开始采 集装置内参数信息 ；
步骤 3 ： 控制模块对采集到的温度、 PH 值、 盐度参数信息进行放大滤波、 模数转换 等处理后将数据一起传送给无线通信模块， 无线通信模块以无线方式将其发送给邻近的汇 聚节点 ；
步骤 4 ： 监测平台通过无线通信网络接收数据， 得出温度值、 PH 值、 盐度值， 以及 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝酸盐含量并将它们分别与数据库中的存储数据进行比较 ： 若温度值超过预设范围， 则停止装置工作， 待温度调节至所设范围内， 继续启动装置工作 ； 若亚硝酸盐含量超过预设范围， 则采取报警或发送消息到工作人员的移动通信设备等措 施， 并停止装置工作 ； 若温度 -PH 值 - 盐度都达到预设范围， 则停止此装置工作， 显示出此装 置编号。
步骤 3 中所述汇聚节点被安置在泡菜腌制区周围， 用于接收一定距离内的节点装 置发送的参数信息， 一定距离是指汇聚节点与节点装置建立通信的有效范围。
步骤 1 中所述的数据库中多组 “温度 -PH 值 - 盐度” 值、 与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对 应的亚硝酸盐含量数据， 以及在线对比分析出亚硝酸盐含量的过程， 是通过以下方法来实 现：
步骤 1.1.1 ： 在环境因素都相同的情况下， 准备多个泡菜坛进行相同泡菜的腌制 ；
步骤 1.1.2 ： 启动装置开始工作， 采用国家标准检测方法， 每隔一段时间测出每坛 泡菜中的亚硝酸盐含量， 并在监测平台上记录下对应的温度值、 PH 值和盐度值， 采集足够多 组数据， 一起与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝酸盐含量数据， 存到数据库中 ；
步骤 1.1.3 ： 根据每组温度值、 PH 值、 盐度值以及 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝 酸盐含量数据， 训练出温度值、 PH 值、 盐度值分别对亚硝酸盐含量影响的权值 a1、 a2、 a3。
步骤 1.1.4 ： 当某时刻测得的温度值、 PH 值、 盐度值分别为 T、 P、 K 时， 将温度值、 PH 值、 盐度值看做空间中的一个点 (T、 P、 K)， 采用下式 2 2
Wi ＝ a1(T-Ti) +a2(P-Pi) +a3(K-Ki)2
搜索最小的 Wi， 则对应的点 (Ti、 Pi、 Ki) 即认为是最接近本时刻 (T、 P、 K) 的点， 其 中 i ＝ 0 ～ N， 此处 N 为数据库中存储的组数。
步骤 1.1.5 ： 得到最接近的点 (Ti、 Pi、 Ki) 后， 对照数据库中 “温度 -PH 值 - 盐度” 对 应的亚硝酸盐含量数据查得对应此点的亚硝酸盐含量。
步骤 1.1.6 ： 若亚硝酸盐含量超过预设范围， 则采取措施， 并停止装置工作 ； 这里 的措施可以是报警或发送消息到工作人员的移动通信设备等。
步骤 1 中所述的亚硝酸盐含量设置的范围为低于我国卫生标准规定的 20mg/kg ；
步骤 1 中所述的温度、 PH 值、 盐度范围的设置依据如下 ：
步骤 1.2.1 ： 在环境因素都相同的情况下， 准备多个泡菜装置进行相同泡菜的腌 制；
步骤 1.2.2 ： 启动装置开始工作， 每隔一段时间开盖观察每坛泡菜的腌制成熟程度， 当某坛泡菜腌制成熟时， 停止装置工作， 在监测平台上记录下即刻对应的温度值、 PH 值、 盐度值， 采集多组温度值、 PH 值、 盐度值数据后， 得出成熟泡菜的温度、 PH 值和盐度的大致 范围 ；
步骤 4 中所述的温度调节的方法如下 ：
步骤 1.3.1 ： 将泡菜坛都放置于水槽中， 启动装置开始工作 ；
步骤 1.3.2 ： 泡菜腌制过程中， 当温度值超过预设值时， 停止装置工作， 等待温度 回到预设范围内时， 再启动装置工作 ；
步骤 1.3.3 ： 当水槽内温度过高则更换温度低的水。
本发明的装置通过发射超声波加快作料渗入新鲜蔬菜实现了泡菜的快速腌制 ； 通 过在线对比传感器模块采集的温度值、 PH 值和盐度值， 监测泡菜的成熟度， 同时间接实现了 对亚硝酸盐产生含量的有效监控， 确保了大批量生产时泡菜的食用安全性和质量一致性。 总的来说， 本发明相对于现有技术的有益效果是 ：
1、 利用超声波的机械振动加速分子运动的原理加快作料渗入新鲜蔬菜， 有效缩短 了泡菜腌制时间， 生产效率高， 能更大程度满足人们日常需要。
2、 工厂大批量生产时， 亚硝酸盐含量在腌制过程中能够得到间接有效的监控， 确 保了食用的安全性。 3、 采用温度 -PH 值 - 盐度三者联合监测的方法判断各种泡菜腌制成熟程度， 与以 往单纯采用盐度或 PH 值来检测泡菜腌制成熟程度相比， 可靠性更高。
4、 本发明的腌制泡菜的方法， 与传统腌制方法相比， 提供了实时在线监控腌制情 况， 控制方便灵活， 并能及时通知工作人员采取措施例如报警， 在企业大批量生产时， 它在 一定程度上进一步改进了泡菜生产工艺、 确保了产品的质量一致性。
附图说明
图 1 是本发明实施例装置的原理结构框图。 图 2 是本发明实施例装置的侧面图。 图 3 是本发明实施例的系统结构图。 图 4 是本发明实施例实现泡菜制作的方法流程图。具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明， 但本发明的实施 不限于此。
如图 1 所示， 本发明一种电子式泡菜制作装置， 由超声波发射换能器 101、 传感器 模块、 控制模块 105、 电源模块 110 和无线通信模块 106 组成。
所述控制模块 105 采用 16 位超低功耗单片机 MSP430F149， 分别连接超声波发射换 能器 101、 传感器模块、 电源模块 110 和无线通信模块 106， 负责数据采集、 超声波发送、 数据 处理和传输。
所述超声波发射换能器 101 在控制模块的控制下发射超声波， 利用发出的超声波 加速分子运动的机理加快作料渗入新鲜蔬菜。
所述传感器模块包括温度传感器 102、 PH 值传感器 103、 盐度传感器 104 用于分别测量装置中混合物的温度、 PH 值和盐度。
所述无线通信模块 106 采用了 Chipcon 公司的 CC2420 射频收发器， 其外围电路包 括晶振时钟电路、 射频输入输出匹配电路以及微控制器接口电路， 与微处理器 MSP430F149 之间使用 4 线 SPI 连接 ； 无线通讯模块 106 负责与其他的节点进行通讯， 交换控制信息和收 发数据。
所述电源模块 110 为整个装置提供电源由电压检测电路 107、 充电接口电路 108 和可充电电池 109 构成 ； 可充电电池 109 用于输出电压给传感器模块、 超声波发射换能器 101、 控制模块 105 和无线通信模块 106 ； 电压检测电路 107 用于测量可充电电池 109 的电 压， 将测得的电压信号通过控制模块 104(MSP430F149) 的 ADC 通道转换为数字信号， 经控制 模块处理后传送给无线通信模块 107， 再由无线通信模块 107 发送给邻近的汇聚节点， 经汇 聚节点发送到监测平台 ； 可充电电池与充电接口电路相接， 当剩余电量不足时， 对其充电。
如图 2 所示， 是本发明实施例装置的侧面图。由图可以看出， 主要由超声波发射换 能器 201、 温度传感器 202， PH 值传感器 203、 盐度传感器 204、 控制模块 205、 无线通信模块 206、 电源模块 210 组成。
如图 3 所示， 本发明的一种电子式泡菜制作方法， 将此装置视为一个传感器节点， 由超声波换能器向装置中发射超声波， 传感器模块采集装置中温度、 pH 值、 盐度的信息参 数， 处理器模块将这些信息进行相应的放大滤波、 模数转换等处理后传送给无线通信模块， 无线通信模块再将参数信息以无线方式发送给汇聚节点， 汇聚节点将接收到的数据融合处 理后， 通过无线通信网络将数据发送到监测平台。监测平台接收到数据后， 对数据进行分 类， 调用数据库， 将接收到的数据与数据库中的数据进行对比， 监测蔬菜腌制成熟程度和亚 硝酸盐的大致含量， 并进行控温、 报警、 停止装置工作等相应处理。 所述汇聚节点被安置在泡菜腌制区周围， 用于接收一定距离内的节点装置发送的 参数信息， 一定距离是汇聚节点与节点装置建立通信的有效范围， 本实施例的汇聚节点就 是运用的本泡菜装置， 它也可以是仅带有无线通信接口的特殊网关设备。
如图 4 所示， 本实施例实现泡菜制作的实现流程 ：
具体包括以下步骤 ：
步骤 1 ： 在监测平台中建立一个数据库， 数据库里面包含腌制过程中的多组 “温 度 -PH 值 - 盐度” 值以及与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝酸盐含量数据， 并为温度、 PH 值、 盐度和亚硝酸盐含量设置可接受的范围 ；
步骤 2 ： 对每个泡菜坛编号， 然后将作料配方以及清洗好的待腌制蔬菜装入泡菜 装置中， 密封， 启动泡菜装置开始工作， 超声波发射换能器向泡菜坛中发射超声波加速分子 运动， 传感器模块开始采集装置内温度、 PH 值、 盐度参数信息 ；
步骤 3 ： 控制模块对采集到的温度、 PH 值、 盐度参数信息进行放大滤波、 模数转换 等处理后将数据一起传送给无线通信模块， 无线通信模块以无线方式将其再发送给邻近的 汇聚节点， 汇聚节点将接收到的数据融合处理后， 通过无线通信网络将数据发送到监测平 台；
步骤 4 ： 监测平台接收到数据后， 得出温度值、 PH 值、 盐度值， 以及 “温度 -PH 值 - 盐 度” 对应的亚硝酸盐含量并将它们分别与数据库中的存储数据进行比较 ： 若温度值超过预 设范围， 则停止装置工作， 待温度调节至所设范围内， 继续启动装置工作 ； 若亚硝酸盐含量
超过预设范围， 则产生报警， 并停止装置工作 ； 若温度 -PH 值 - 盐度都达到预设范围， 则停止 此装置工作， 显示出此装置编号。 本实施例采用报警， 也可采用发送信息到工作人员手机上 提示工作人员采取措施等等。
步骤 1 中所述的数据库中多组 “温度 -PH 值 - 盐度” 值、 与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对 应的亚硝酸盐含量数据， 以及在线对比分析出亚硝酸盐含量的过程， 是通过以下方法来实 现：
步骤 1.1.1 ： 在环境因素都相同的情况下， 准备 20 个泡菜坛进行相同泡菜的腌 制；
步骤 1.1.2 ： 启动装置开始工作， 采用国家标准检测方法， 每隔 1 天测出每坛泡菜 中的亚硝酸盐含量， 并在监测平台上记录下对应的温度值、 PH 值、 盐度值， 采集足够多组数 据， 一起与 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝酸盐含量数据， 存到数据库中 ；
步骤 1.1.3 ： 根据每组温度值、 PH 值、 盐度值以及 “温度 -PH 值 - 盐度” 对应的亚硝 酸盐含量数据， 训练出温度值、 PH 值、 盐度值分别对亚硝酸盐含量影响的权值 a1、 a2、 a3， 例如 采用均方差权值决策法训练出权值。
步骤 1.1.4 ： 当某时刻测得的温度值、 PH 值、 盐度值分别为 T、 P、 K 时， 将温度值、 PH 值、 盐度值看做空间中的一个点 (T、 P、 K)， 采用下式 Wi ＝ a1(T-Ti)2+a2(P-Pi)2+a3(K-Ki)2
搜索最小的 Wi， 则对应的该点 (Ti、 Pi、 Ki) 即认为是最接近本时刻 (T、 P、 K) 的点， 其中 i ＝ 0 ～ N， 此处 N 为数据库中存储的组数。
步骤 1.1.5 ： 得到最接近的点 (Ti、 Pi、 Ki) 后， 对照数据库中 “温度 -PH 值 - 盐度” 对 应的亚硝酸盐含量数据查得对应此点的亚硝酸盐含量。
步骤 1.1.6 ： 若亚硝酸盐含量超过预设范围， 则产生报警， 并停止装置工作。
步骤 1 中所述的亚硝酸盐含量设置的范围为低于我国卫生标准规定的 20mg/kg ；
步骤 1 中所述的温度、 PH 值、 盐度范围的设置依据如下 ：
步骤 1.2.1 ： 在环境因素都相同的情况下， 准备 30 个泡菜装置进行相同泡菜的腌 制；
步骤 1.2.2 ： 启动装置开始工作， 每隔 2 小时开盖观察每坛泡菜的腌制成熟程度， 当某坛泡菜腌制成熟时， 停止装置工作， 在监测平台上记录下即刻对应的温度值、 PH 值、 盐 度值， 采集多组温度值、 PH 值、 盐度值数据后， 得出成熟泡菜的温度、 PH 值和盐度的大致范 围。
步骤 4 中所述的温度调节方法如下 ：
步骤 1.3.1 ： 将泡菜坛都放置于水槽中， 然后开始泡菜腌制的过程 ； 所述的水槽是 用于一定程度的降温处理， 水槽设计可根据厂家意愿自行设计。
步骤 1.3.2 ： 泡菜腌制过程中， 当温度值超过预设上限时， 停止装置工作， 等待冷 却至预设上限以下时， 再启动装置工作 ；
步骤 1.3.3 ： 当水槽内温度过高则更换温度低的水 ； 若此处的水用来循环利用， 可 更大程度的节约资源。
本发明通过发射超声波加速分子运动达到加快作料渗入新鲜蔬菜， 实现了泡菜的 快速腌制， 同时通过在线对比分析传感器模块采集的温度值、 PH 值和盐度值， 监测泡菜的成
熟度， 也间接实现了对亚硝酸盐产生含量的有效监控， 确保了大批量生产时泡菜的食用安 全性和质量一致性。它控制灵活方便， 实时性强， 很大程度的满足了人们的日常所需。