基于紅外線的果品干燥機稱重系統的設計

白圣賀+楊瑩+史增錄+趙守瑞+周偉權

摘要：國內果品紅外輻射干燥設備對果品的自動稱重檢測系統還不完善，通常由人工稱取果品質量并進行計算，極大增加了工作人員的勞動強度，還會出現干燥能耗大、成本高、產品品質不穩定等缺陷。設計一套果品紅外輻射干燥的在線自動稱重系統，利用Solid works軟件完成干燥機稱重裝置的三維結構，并利用單片機控制技術結合干燥機稱重系統的工藝要求，設計稱重系統的控制方案，利用Keil uVision，Multisim軟件完成整個控制系統的設計等，為果品干燥機開展干燥特性試驗提供技術支撐。

關鍵詞：稱重系統；稱重傳感器；8031單片機；ADC0809轉換器

中圖分類號：TS255 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）10-0018-03

紅外輻射干燥技術是一種高效、節能、低污染的干燥技術。近年來，紅外輻射干燥在果品干燥領域的研究和應用得到了較快的發展。果品的紅外輻射干燥過程中，其含水率的測量對于果品干燥過程的實際進程、工藝過程的優化控制及干燥品質等是十分重要的，直接影響產品的保質期、色澤、口感等很多方面[1-4]。為此，開發研究一套果品紅外輻射干燥在線自動稱重系統，對于果品紅外輻射干燥過程中實時動態地檢測質量變化，實現無人化操作，避免果品干燥過度，改善實驗人員的工作環境，提高工作效率，節約成本等具有非常重要的意義[5-10]。

1 果品干燥機自動稱重裝置的結構與原理

1.1 主要結構

基于紅外線的果品干燥機振動裝置主要由支撐架、稱重傳感器、物料盤、振動電機、連接板等部件構成，如圖1和圖2所示。

1.2 工作原理

振動裝置的柔性棒支撐著支架，支架上面固定著物料盤，連接板固定安裝在支架的下面，振動電機安裝在連接板上，稱重傳感器安裝在支撐架的下面，位于物料盤的正中心處，紅外線加熱器和溫度傳感器位于物料盤的上方，固定安裝在橫梁上，通過調整絲桿和調整螺母來調整高度位置。

工作時，溫度傳感器采用非接觸式的方式，掃描果品表面的溫度，開始測量果品表面的溫度，如果低于設定的溫度60°，紅外線加熱器開始工作，當果品表面的溫度高于設定溫度時，紅外線加熱管停止工作。振動裝置在振動電機的作用下，使物料盤中的果品在水平面內作圓平動和繞水平面的搖擺振動，同時通過控制時間，使振動裝置間歇式作業，初始設置振動裝置工作2 min，使物料盤內的果品正好旋轉180°后，停止15 min。通過紅外線加熱管加熱果品表面，周而復始地間歇工作，以保證物料盤內加工果品的干燥均勻度。在振動裝置停止工作后，稱重傳感器開始工作，檢測果品質量的變化，實時地通過電信號傳給自動稱重系統，記錄干燥過程中質量的變化。

2 自動稱重系統的設計

2.1 稱重系統的總體設計

首先，利用電阻應變式稱重傳感器組成的測量電路測出壓力信號，經過信號的放大以及濾波，以模擬量的信號傳到ADC0809轉換器。其次，經過A/D轉換器轉換的數字量的信號，由單片機8031傳送到上位機，經過復雜的運算，將數字信號轉換為果品的實際質量信號，將其存儲在存儲單元里；非接觸式溫度傳感器組成的電路測出溫度信號及振動電機的開關信號，直接由單片機傳送到上位機。其流程如圖3所示。

2.2 硬件電路的設計

2.2.1 電阻應變式稱重傳感器的測量電路 電阻應變式傳感器一般采用橋式測量電路。它由箔片式電阻應變片電阻R1，R2，R3，R4組成。電橋的一個對角線接工作電壓Ui，另一個對角線接輸出電壓Uo。在測量質量之前，調節滑動式線性可變電阻器R，當載荷為0時，輸出為0。測量電路如圖4所示。

2.2.2 放大電路 由于電阻應變式稱重傳感器輸出的模擬信號比較薄弱，需要放大一定的倍數才能滿足A/D轉換器的需要，因此設計一種差動放大電路（如圖5所示）。

2.2.3 單片機與A/D轉換電路 A/D轉換器轉換的信號傳送到單片機，ADC0809與8031單片機的接口電路原理圖如圖6所示。單片機使用查詢方式來控制ADC0809芯片，單片機的P0引腳分別連接ADC0809的DB引腳。當加在EOC引腳上的電壓為低電平時，單片機可讀取ADC0809數據寄存器中的模數轉換數據或校準數據。當加在EOC引腳上的電壓為高電平時，ADC0809進行數據寄存器數據更新，禁止傳輸數據。

2.2.4 非接觸式溫度傳感器的測溫模塊及振動電機的連接 該非接觸式的溫度傳感器，解決了傳統測溫中需要接觸的問題，具有回應速度快、測量精度高、測量范圍廣等優點。它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體，并把相應的紅外輻射數據通過P0.2，P0.3傳送給單片機。其測溫模塊如圖7所示。

振動電機主要作用是使果品進行翻轉，保證果品不會出現陰陽面，它的開關信號通過P0.4，P0.5傳送到單片機。

2.3 系統軟件設計

2.3.1 方案 軟件總體功能包括：自動清零，自動稱重，數據存儲。軟件結構包括3個部分，即數據采集模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊。軟件總體流程圖如圖8所示。

2.3.2 數據采集模塊 在本模塊設計中，要能夠實現稱重系統的自動清零、傳感器信號的輸出、正常稱重等功能。

2.3.3 A/D轉換模塊 A/D轉換模塊主要作用是采集稱重傳感器電橋輸出的電壓信號，并將轉換得到的24位數據信號傳送到單片機。

2.3.4 數據處理模塊 該模塊的作用是將采集的數據進行量化計算，然后在系統界面上將量化后的各項數據通過數值和監控圖兩種形式實時顯示，并存入數據庫中。

3 結論

在先前的紅外線果品干燥裝置基礎上加入自動稱量系統，實現果品干燥過程中在線自動精確稱量與數據的自動存儲、干燥溫度的精確控制、振動電機的自動有效變換，確保最佳干燥時間點，保證干燥品質，完全實現整個干燥裝置自動控制，改善人機環境。該設計具有很好的應用價值和發展前景。

參考文獻

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