基于STM32的自动包饺子机设计

蒋锦开 魏浩森 徐梦凡 孙韶婷

摘 要：本设计是一款基于STM32单片机控制的小型家用自动包饺子机。其结构分为压合部分、注馅部分以及面皮压制部分。电路部分由STM32单片机、传感器控制电路和步进电机驱动器组成。本设计利用传感器检测技术使饺子制作过程更加智能化，此外还使用了防夹手检测，使操作更加安全。本设计结构精巧，占用空间较小，而且拆装简单清洗便捷。大大缩短并降低了饺子的制作时间和制作难度。节约人工成本，同时兼备人机交互性强、操作简单可控性强等优点。而且可为饺子这一中华传统美食文化的传承及对外传播起到一定的助推效果。

关键词：单片机;家用包饺子;传感器;智能化

0 引言

饺子作为一种中华传统美食，起源于东汉时期。现如今早已名扬海外，深受国内外人士青睐。然而饺子的制作过程难度较大，且较为繁琐。如果自动包饺子机得以推广，能降低并缩短了饺子的制作难度和制作时间。使用者只需将馅料及和好的面团，照说明放入指定的容器中。不久就可以制出数目可观的饺子。这样一来，自制饺子将会被端上更多家庭的餐桌。在一定程度上促进了中华传统美食文化的传播。

1.总体系统设计

自动包饺子机装置具有工作区、电路区、人机交互区。

1）工作区将和好的面团先行压制成长条状饺子皮，并送至传送带，传送带中途设置馅料挤出机。挤出机将馅料加注至饺子皮上。

2）后送至旋转压合机构，由压合机构按压成型。制出饺子。

3）电路区主要由STM32F103C8T6微处理器控制4台由TB6600芯片驱动的57步进电机转动。两台电机分管饺子皮的压制，另外两台步进电机负责饺子机的压合机构转动。此外还设有GP2Y0A21红外测距模块，该模块负责实时监控数据防止出现饺子皮在移动过程中造成意外堆叠。

4）人机交互区设置了2.42寸OLED显示屏实时汇报饺子的产出速度、馅料余量，以及电池剩余电量。操作者可使用四位独立按键对产品进行控制。

上述三个职能分区，做到了三区分离，每个职能分区均相互独立。这样的设计可以更好的做到安全卫生，清洗、拆卸方便，电路元件使用寿命更长，也为使用者提供了干净整洁的操作环境。

2 系统硬件设计

（1）处理器选型

本产品处理器选择的型号为意法半导体（ST）公司生产的STM32F103C8T6，该处理器采用Cortex-M3内核，CPU最高速度达72 MHz。同时它还具有高达64KB的Flash， 20KB的RAM。此芯片还具有丰富的通用I/O端口，外设资源丰富，能完全满足产品的功能需要。在整体上，其性能相对于其他產品较为优越。

（2）步进电机驱动电路设计

STM32F103C8T6的单个IO口的最大输出电流是25mA;必然无法驱动额定电流为4A的57步进电机。TB6600步进电机驱动芯片一款大功率，高细分，两项混合式步进电机驱动芯片。他采用双全桥MOSFET驱动，导通电阻只0.4欧，其耐压高达50V，最高可以输出4.5A的电流，同时它还内置了温度保护和过流保护。能完美的实现我们的外设需求。将STM32F103C8T6的IO口连接到TB6600步进电机驱动模块的控制信号接口上，就可以通过发送脉冲，来控制步进电机的转动。

（3）显示模块的选取

该产品选取2.42寸的OLED屏来做为显示模块，首先，OLED屏幕尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小，其次，OLED由于同时具备自发光，不需背光源而且对比度高。同时，2.42寸的OLED屏还具有128*64的高分辨率。因为OLED显示技术的自发光特性，使其功耗较低，能极大节省电能。

（4）人体感应模块的选取

由于本产品是家用式产品，需要一套完善的安全保护系统，所以人体感应模块的灵敏度和准确性就显的极其重要。HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式。所以我们选取HC-SR501作为人体感应模块。

（5）测距模块的选取

为预防饺子皮在运作的时候出现堆叠等意外情况，本产品需要一个在较短距离内能精准的测距模块。所以本产品选用了GP2Y0A21YK0F距离测量传感器，它采用三角测量的方式，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响测量精度。传感器输出电压值对应探测距离，在10cm到20cm范围内线性度较高。同时价格较低，可降低产品生产成本。

3 系统软件设计

本设计动力系统由高精度的步进电机来提供，步进电机具有高精度的开环定位功能，在负载容许范围内步进角度与控制脉冲存在严格的比例关系，符合本设计的要求。步进电机的驱动采用TB6600步进电机驱动器来控制。TB6600是一款完整的微步电机驱动器，内置转换器，包括一个固定的关断时间电流调节器，能够在慢速或者混合衰减模式下工作，提高步进精度并降低功耗，在使用时只需要主控芯片给出方波脉冲，即可实现通过脉冲信号对步进电机旋转时步距角的精确控制。

步进电机的驱动脉冲采用STM32的定时器输出比较模式来产生占空比为百分之五十的方波脉冲，通过控制脉冲发生频率来控制步进电机的转速。

夹手检测功能实现借助红外感应实现对人体的感知，这里采用的是人体感应模块HC-SR501来实现，由单片机检测此模块的输出信号来判断是否感应到人体做出相应的反应。

为预防饺子皮在运作的时候出现堆叠等意外情况，本设计增加了测距模块GP2Y0A21YK0F用于测量饺子皮的厚度来判断是否堆叠，当所探测物体的距离不同时，模块输出的电压值也不尽相同，单片机通过模数转换检测电压即可得到测量的距离。

本设计还具有馅料和面团检测的功能，在这里采用压力检测的方式，当检测到的压力小于容器本体重量时视为馅料不足可通过显示器向用户反馈提示加料。

上述各项指标的检测放在单片机的定时器中断中执行，执行周期为5ms，以便快速做出应急反应。在进行各个模块初始化之后每隔5ms检测一次将检测到的数据放在全局变量中，对数据的比较和处理放在主程序中，整体流程如图1所示

4 系统机械设计

自动包饺子机的所有金属材质均采用达到可食用接触标准的304不锈钢。严格按照國家标准进行采购，其与食品接触的表面使用光滑、无吸收性、易于清洁保养和消毒，在正常生产条件下不会与食品、清洁剂和消毒剂发生反应，使用过程中能保证完好无损。

主体框架结构由2mm厚的一体化切割折弯而成，边缘处采用倒角工艺加工，美观且能有效防止划伤。内部则采用欧标2020铝型材支撑，保持其结构刚性。压合装置由不锈钢材质CNC加工制成，清洗方便不易出现锈迹。

两台大功率57步进电机为压制饺子皮的压面机提供动力来源，使用过程只需将面粉和水以10：3的比例混合揉匀，放入压面机即可压出厚度合适且均匀的饺子皮。压制出的饺子皮，将自然贴合V型传送槽带向前移动。紧接着进入馅料挤出环节，馅料挤出机将事先准备好的馅料按预设的频率，压入V子开口的饺子皮上。一起送入压合装置中，两压合模具对象旋转，将饺子皮沿馅料的轮廓向内挤压成制成饺子。

5 总结

本文阐述的全自动包饺子机，可帮助较低烹饪基础人群，便捷快速的进行饺子的制作。因该设计操作简单，人机交互功能完善，方便清洗，结构可靠耐用。同时装置测试时表现的低噪音很适合家庭使用。出口至国外还能刚好的为饺子这一传统美食的普及做出一定的贡献。

参考文献：

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（河南科技大学  河南  洛阳  471023）