粉末状物料称重技术的研究.docx

粉末状物料称重技术的研究【摘要】针对未来机械包装业配合着产业自动化的趋势在技术上将朝着控制数字化方向发展本文具体分析了食品类粉末状物料的定量下料问题利用TI公司的TMS320VC5402微处理器芯片能实时快速地实现各种数字信号处理算法的特点对食品企业的粉粒状物料的动态称重技术进行了研究。【关键词】控制数字化；动态称重；定量下料0引言我国作为一个人口大国是世界第一大食品生产国。近年来随着人们膳食结构的调整和饮食习惯的改变促进了食品加工业的快速发展需要大量高品质的包装机械和食品加工机械。未来几年食品和包装机械的需求量将会大幅度增加。国内的大力发展与国际市场的适时开拓与进入势必给食品包装机械市场带来更好的利润发展空间。我国的食品和包装机械行业近些年来所取得的成绩是显著的但与西方发达国家的产品相比仍存在10年以上的技术差距。我国现有的一些包装机械产品技术含量不高特别是在定量称重环节上无论是速度还是精度都无法与欧美国家的同类产品相抗衡对我国食品和包装机械行业的整体发展已经造成了一定的阻碍。因此在快速自动称量中如何提高动态称量准确度一直是包装机械企业急需解决的难题[1]。1设计的基本框架本文的设计是基于我国定量称重包装机械的市场情况和发展趋势所提出的它利用了数字信号处理器（DSP）其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点对如何提高包装机的速度和精度提出了改进方案[2]。称料斗受到的力大小由称重传感器转换成与之相应的电压信号该电压信号经OP07放大器放大后再A/D转换成离散的数字信号将此数字信号送入DSP进行处理并换算成一个判断值。把判断值和参考值做比较当达到或超过时DSP停止电磁振动给料器下料触发料斗开门装置打开排料门卸料物料落入包装容器中完成一个充填周期。在硬件电路设计上要对硬件电路部分进行调试工作在设计调试过程中要兼顾考虑温度和时间等因素变化引起的零漂、温漂、时漂和失调电压以及称重传感器、信号放大器和A/D转换器中任何一个性能不佳对精度和速度产生的影响。因为本文涉及的称重信号是随时间变化而变化的属于动态称重过程。对于动态称重过程要想提高动态计量精度必须首先保证数据采集系统的静态精度和稳态性。2硬件电路的设计本文的硬件部分主要设计了DSP（数字信号处理）硬件控制平台。该平台主要由称重传感器模块、放大电路模块、ADC信号采集模块、数字信号处理DSP模块、外部存储器模块、CPLD（可编程逻辑器件）模块、舵机控制模块等组成下面将对以上各个模块作详细介绍。2.1传感器介绍本设计选用的是普通的电阻应变式称重传感器它是属于双孔梁结构主要是弹性敏感元件、电阻应变片、检测电路三部分组成。弹性敏感元件是一个有特殊形状的结构件它的主要作用是将被测的重量转换为形变。而电阻应变片作为变换元件则将弹性体的形变同步转换为电阻值的变化且分别处于相反的应力区内即当其中一对电阻的变形为拉伸时另一对则为压缩变形。检测电路的主要部件是惠斯登电桥它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题并把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出[3]。它的工作原理比较简单用以上四个处于相反的应力区内的等值应变电阻片组成惠斯登电桥。当不受压力作用时此时R■=R■=R■=R■=R电桥处于平衡状态称重传感器的输出电压U■=0mV。当物料重量通过称量料斗作用于称重传感器时称重传感器的弹性敏感元件在外力作用下产生弹性变形使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形电阻应变片变形后它的阻值将发生变化并且各桥臂阻值变化相同设变化量为R即：R1、R4分别减小RR2、R3分别增大R时可以推出传感器的输出电压为：U■=？驻RR・U■。以上可以看出当对电桥任意对应的两端加一恒定电压另外两端便输出对应于压差的电压信号从而达到测量重力的目的。2.2放大电路的设计由于本设计所选用的ADS8341内部没有PGA（可编程增益放大器）所以必须外接放大电路。本设计选用差动放大电路的放大电路电路可以有效地抑制温漂、抗干扰能力强。2.3ADC采样模块的设计ADS8341是一种典型的逐次逼近式A/D转换器它是基于电容充放电的原理来实现采样保持功能的在制作上用的是0.6μmCMOS工艺。输入转换器的模拟信号首先要通过一个4通道多路复用器经过相应寄存器的配置选择后进入转换过程。如果选择单通道模式被选择的通道以COM为基准进行信号采样。在差动模式下由两个被选中的通道提供差动输入。在转换过程中采样时模拟输入的电流大小取决于设备的转换速率。因为在采样开始时采样电容进行充电当电容充满电荷后就不会再有更多的电流了。所