本文提供了為解決黏性塊狀食品在動態定量稱重計量係統中遇到的黏結問題，以及在稱重計量中速度與精度的矛盾問題，分別對機械結構、電路係統和軟件算法進行了設計改進和方法研究。機械結構采用雙管螺旋喂料機和特殊的稱鬥結構；電路采用數字可編程的AD8555作為稱重傳感器微弱電信號的放大器，32位微處理器LPC2134作為電路係統核心；程序設計采用分階段稱重計量、FIR軟件濾波以及微分算法，對執行機構發送命令，從而提高黏性食品的稱重精度和速度。
在自動稱重計量領域中，黏性產品一直被認為是“難以稱量”的，因為這些產品容易黏結成塊，這樣就約束了黏性產品的生產速度。隨著電子技術的發展，定量稱重裝置已廣泛應用於食品、飼料及化工等行業。食品稱重計量包裝是食品工業的重要生產環節，食品稱重計量包裝的準確與否將直接影響到企業的信譽和經濟效益。過去采用機械稱量、人工裝袋，工人勞動強度大、效率低、稱量精度差。近幾年，也開始采用電子稱量裝置使其靜態稱量精度大大地提高，但在食品加工連續生產過程中，其動態精度仍不篚保證，特別是黏性食品，例如蘿卜幹、筍幹等，在其動態進料過程中出現黏結成塊，嚴重影響稱重的精度。因此，在快速自動稱量中如何提高動態稱量精度，一直是黏性食品加工企業急需解決的難題…。
電子定量稱重過程是一個動態過程，而要準確計量物料的質量使其盡量接近標準籃，就需要使動態過程向靜態穩定趨近。為此，在產品設計時，從電氣控製及機械結構方麵都將計量過程分為2個階段：粗喂料階段和細喂料階段。前者保證稱重計量的速度，後者保證稱重的精度。但這樣可能產生2個問題：一是保證計量精度但稱重速度不夠快；二是有較高的稱量速度但計量精度不易保證舊。同時，在連續進料過程中，黏性食品會在喂料中出現黏結，在租喂料中，結塊可以忽略，而在細喂料階段就會影響最後稱重的精度。這3個問題使黏性食品生產企業為提高生產效率而進行快速、連續生產時，稱量精度很難保證。針對這3個問題，采用ARM7微處理器為動態稱重計量係統的核心，在硬件和軟件方麵設計研究一些措施和動態計量方法，來解決黏性食品在動態計量中遇到的黏結問題。以及在稱量中速度和精度的矛盾，實現黏性食品連續生產稱重，保證食品計量中的精度。
1，稱重計量係統工作原理
用稱量傳感器、變送器、濾波電路及A／D轉換電路和ARM7微處理器組成測控係統來完成食品的稱重計量，工作原理如圖1所示。該係統以微處理器LPC2134為核心，配以稱重傳感器、重量變送器、A／D轉換器以及各種電動執行器和喂料機等機械裝置，實現黏性食品的動態在線稱重計量工作。
係統稱重的過程
係統稱重的過程描述為：將要稱重的黏性食品送人喂料裝置一可控地喂料一動態定量稱重測量。在稱鬥的上方是成品倉，該倉中的原料是來自送料機構送來的黏性塊狀食品。成品倉下是電動機驅動的螺旋進料裝置，啟動電動機，則該成品倉中的黏性塊狀食品就隨著傳輸絞籠的旋轉而進入稱鬥中稱量，在落料到稱鬥前，黏性食品經過雙行星攪拌裝置攪拌，減少黏連。稱鬥上裝有梁式應變式拉力傳感器，稱鬥的重量信號直接由該傳感器轉換成與之對應的電壓信號，經放大器把該電壓信號放大後送人單片機再進行數據處理。當達到預定值時，單片微機控製電機停止下料，然後單片機控製電機開稱鬥門，並控製傳送裝置將其送出到下一個包裝環節。這樣，就完成了食品稱量的自動化過程。
2，機械結構
影響動態稱重精度的一大因素是被稱物料的比重、K8凯发登录入口和落差的大小¨1。因此，改進機械結構，借鑒靜態稱量精度高的特點來提高動態計量精度。針對前麵提到的3個問題，即速度與精度的矛盾以及黏性食品在喂料中的黏結問題，設計了相應的機械設備。
2．1，喂料機構
喂料裝置采用的雙管螺旋自動喂料機是通過螺旋體轉動而推移物料，以達到一定距離喂料的目的，主要由2個傳輸管、2個電機、減速裝置、傳動齒輪、進料機體、螺旋外殼、出料機體、迸料調節裝置以及葉片等部分組成。工作時，由電機帶動減速器和螺旋進料裝置，物料由進料1：1進入本機，被均勻連續地送到出料口，進入下一設備。兩個管一大一小，這樣在粗進料階段，大小管同時快速進料，提高進料速度。當下料達到一定重量，臨近達到額定值的時候，停止大管進料，並且逐漸減慢小管的進料速度，保證進料精度，以此來解決生產進料速度與稱重計量精度的矛盾。同時要注意，在不影響落料的情況下，與稱重傳感器相連的稱鬥，距離傳送裝置出料口要盡可能的近，這樣可以降低出料口和稱鬥之間的落差，從而減小對稱重傳感器的衝擊，減小稱重值的波動。
2．2，機械攪拌機構
機械攪拌機構，采用雙行星攪拌結構，它包括：減速電機、封蓋、行星架和攪拌器。將攪拌機構安裝在喂料機出料口，當行星架轉動時，帶動箱內的三根攪拌、分散軸圍繞料桶軸線公轉，從而使物料受到充分的攪拌，是黏結食品塊達到分散的目的。
2．3，稱鬥
試驗中稱鬥采用長方體結構，通過稱重傳感器固定在支架上，稱鬥底部為活動門，通過活動杠杆與電機相連。當食品下料達到額定值時，微處理器通過繼電器控製電機將活動門打開，稱得的食品被甩出到下一個包裝工序。但是由於黏性食品存在黏結問題，所以可能導致黏結在稱鬥底部的食品不能徹底被甩出，導致到下一道工序包裝的食品不足額定值，影響食品包裝值的準確性。稱鬥采用錐體結構。41，上大下小，三側為平麵，一側為弧麵。這樣可以方便黏性食品從上麵漏鬥口進入，也可以減小底部的大小，避免落料時的散落。稱鬥的一個側麵安裝稱重傳感器，稱重傳感器固定在安裝架上，傳感器安裝在稱鬥和支架之間，安裝重量傳感器時應設法確保重量傳感器能垂直受力。將弧形托盤安裝在稱重傳感器的兩個側麵，並且安裝推杆，推杆另一側安裝在電機上，當電機轉動時，推杆推動托盤翹起。稱鬥的外側設計成圓弧形，與托盤的弧形吻合，這樣在推杆推動的時候，托盤會滑到稱鬥外側；同時稱鬥的外側鐵皮起了鏟門的作用，將稱得的定量食品徹底從托盤上鏟到下一個設備。由於機械器件的摩擦和應力，在稱鬥外側加一層橡膠材料，起到保護稱鬥托盤的作用。
3，提高動態稱重精度的硬件電路設計
稱重係統電路設計包括稱重傳感器信號采集電路、信號放大電路、濾波電路、ILID轉換電路以及微處理器電路等。
3．1 ，稱重傳感器工作原理及誤差消除措施
稱重傳感器足一種能夠將重力轉變為電信號的力一電轉換裝置。電阻應變式稱重傳感器主要是由彈性體、電阻應變片和補償電路組成。在沒有受力的情況下，電橋的4個電阻的阻值是相等的，電橋輸出為零。在彈性體受力發生變形時，電阻應變片也跟著一道變形。這樣就導致電橋的兩端產生了電壓差，這個電壓差與彈性體受力的大小成正比。檢測這個電壓差，就可以得到傳感器所受重力的大小，這個電壓信號經過儀表檢測然後計算，就可以得到相應的重量值。稱重傳感器的誤差主要是由非線性誤差、滯後誤差、重複性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差等引起的”1。選用性能良好的稱重傳感器是一個重要的環節，設計良好的稱重傳感器內部有相應的補償電路。傳感器輸出信號的穩定性除決定傳感器本身的性能外，還與供電電源和傳感器的安裝有密切關係。為了提高傳感器供橋電源的穩定性采用二次穩壓，並對元器件進行老化測試後進行選配，選擇時漂小的元器件，通過調節其工作電流使其工作在接近零溫度係數下，提高整個傳感器電源的溫度穩定性。
3．2，放大器電路
影響稱重精度的另一個來源是放大器，以前主要采用模擬運算放大器，使傳感器信號滿足A／D轉換要求並達到一致的通常方法是通過電位器對各路放大器進行大量反複的調整，然後將其相應增益確定下來。這種方法既費時又費力。
我們采用數字可編程放大器AD8555作為稱重傳感器微弱電信號的變送器，AD8555是ADI推出的一款增益及輸出失調、可數字編程的零漂移橋式傳感放大器，特別適合於測量係統的前向通道，對各種傳感器信號進行調理。
通過對AD8555編程，設定放大倍數，使輸出信號滿足A／D轉換要求，這樣電路設計和調整大大簡化。因為它的增益設定和調整、失調設定和調整、輸出電壓箝位等功能均可全部Jfj軟件分別單獨實現。並且AD8555不僅能夠用來補償橋式傳感器的失調和增益誤差，而且可提供傳感器故障指示，這給電路的調整測試帶來極大的方便。另外，AD8555對電容性負載具有很大驅動能力，可以靈活地靠近儀表傳感器放置，也可遠離信號調理電路。AD8555是具有可設置增益、輸出失調、故障檢測、輸出箝位和低通濾波器等功能的零漂移稱重儀表用放大器，能簡化多點、多參量檢測係統的前向通道設計與調整，提供完整的從傳感器到ADE的信號調理路徑。
3．3，其他電路
硬件濾波電路采用八階低通貝賽爾開關電容濾波器NAX7401芯片，對被放大的信號進行濾波，濾除幹擾信號。A／D轉換器選用ADS8321，ADS8321為16位串行A／D轉化器，最大轉換頻率100 kHz，最大功耗4．5 mw，是r11公司的16位逐次逼近式模數轉換器。它的采樣速率為100 kbps，具有串行(SPI／SSI)接KI。微處理器采用ARM7芯片LPC2134，它是一款32位的微處理器芯片，32位CPU處理速度較快、性能優良，適合於對運算速度以及運算量有較高要求的場合。處理器通過SPI總線與ADS8321連接。

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