本文提供了为解决黏性块状食品在动态定量称重计量系统中遇到的黏结问题，以及在称重计量中速度与精度的矛盾问题，分别对机械结构、电路系统和软件算法进行了设计改进和方法研究。机械结构采用双管螺旋喂料机和特殊的称斗结构；电路采用数字可编程的AD8555作为称重传感器微弱电信号的放大器，32位微处理器LPC2134作为电路系统核心；程序设计采用分阶段称重计量、FIR软件滤波以及微分算法，对执行机构发送命令，从而提高黏性食品的称重精度和速度。
在自动称重计量领域中，黏性产品一直被认为是“难以称量”的，因为这些产品容易黏结成块，这样就约束了黏性产品的生产速度。随着电子技术的发展，定量称重装置已广泛应用于食品、饲料及化工等行业。食品称重计量包装是食品工业的重要生产环节，食品称重计量包装的准确与否将直接影响到企业的信誉和经济效益。过去采用机械称量、人工装袋，工人劳动强度大、效率低、称量精度差。近几年，也开始采用电子称量装置使其静态称量精度大大地提高，但在食品加工连续生产过程中，其动态精度仍不篚保证，特别是黏性食品，例如萝卜干、笋干等，在其动态进料过程中出现黏结成块，严重影响称重的精度。因此，在快速自动称量中如何提高动态称量精度，一直是黏性食品加工企业急需解决的难题…。
电子定量称重过程是一个动态过程，而要准确计量物料的质量使其尽量接近标准篮，就需要使动态过程向静态稳定趋近。为此，在产品设计时，从电气控制及机械结构方面都将计量过程分为2个阶段：粗喂料阶段和细喂料阶段。前者保证称重计量的速度，后者保证称重的精度。但这样可能产生2个问题：一是保证计量精度但称重速度不够快；二是有较高的称量速度但计量精度不易保证旧。同时，在连续进料过程中，黏性食品会在喂料中出现黏结，在租喂料中，结块可以忽略，而在细喂料阶段就会影响最后称重的精度。这3个问题使黏性食品生产企业为提高生产效率而进行快速、连续生产时，称量精度很难保证。针对这3个问题，采用ARM7微处理器为动态称重计量系统的核心，在硬件和软件方面设计研究一些措施和动态计量方法，来解决黏性食品在动态计量中遇到的黏结问题。以及在称量中速度和精度的矛盾，实现黏性食品连续生产称重，保证食品计量中的精度。
1，称重计量系统工作原理
用称量传感器、变送器、滤波电路及A／D转换电路和ARM7微处理器组成测控系统来完成食品的称重计量，工作原理如图1所示。该系统以微处理器LPC2134为核心，配以称重传感器、重量变送器、A／D转换器以及各种电动执行器和喂料机等机械装置，实现黏性食品的动态在线称重计量工作。
系统称重的过程
系统称重的过程描述为：将要称重的黏性食品送人喂料装置一可控地喂料一动态定量称重测量。在称斗的上方是成品仓，该仓中的原料是来自送料机构送来的黏性块状食品。成品仓下是电动机驱动的螺旋进料装置，启动电动机，则该成品仓中的黏性块状食品就随着传输绞笼的旋转而进入称斗中称量，在落料到称斗前，黏性食品经过双行星搅拌装置搅拌，减少黏连。称斗上装有梁式应变式拉力传感器，称斗的重量信号直接由该传感器转换成与之对应的电压信号，经放大器把该电压信号放大后送人单片机再进行数据处理。当达到预定值时，单片微机控制电机停止下料，然后单片机控制电机开称斗门，并控制传送装置将其送出到下一个包装环节。这样，就完成了食品称量的自动化过程。
2，机械结构
影响动态称重精度的一大因素是被称物料的比重、流量和落差的大小¨1。因此，改进机械结构，借鉴静态称量精度高的特点来提高动态计量精度。针对前面提到的3个问题，即速度与精度的矛盾以及黏性食品在喂料中的黏结问题，设计了相应的机械设备。
2．1，喂料机构
喂料装置采用的双管螺旋自动喂料机是通过螺旋体转动而推移物料，以达到一定距离喂料的目的，主要由2个传输管、2个电机、减速装置、传动齿轮、进料机体、螺旋外壳、出料机体、迸料调节装置以及叶片等部分组成。工作时，由电机带动减速器和螺旋进料装置，物料由进料1：1进入本机，被均匀连续地送到出料口，进入下一设备。两个管一大一小，这样在粗进料阶段，大小管同时快速进料，提高进料速度。当下料达到一定重量，临近达到额定值的时候，停止大管进料，并且逐渐减慢小管的进料速度，保证进料精度，以此来解决生产进料速度与称重计量精度的矛盾。同时要注意，在不影响落料的情况下，与称重传感器相连的称斗，距离传送装置出料口要尽可能的近，这样可以降低出料口和称斗之间的落差，从而减小对称重传感器的冲击，减小称重值的波动。
2．2，机械搅拌机构
机械搅拌机构，采用双行星搅拌结构，它包括：减速电机、封盖、行星架和搅拌器。将搅拌机构安装在喂料机出料口，当行星架转动时，带动箱内的三根搅拌、分散轴围绕料桶轴线公转，从而使物料受到充分的搅拌，是黏结食品块达到分散的目的。
2．3，称斗
试验中称斗采用长方体结构，通过称重传感器固定在支架上，称斗底部为活动门，通过活动杠杆与电机相连。当食品下料达到额定值时，微处理器通过继电器控制电机将活动门打开，称得的食品被甩出到下一个包装工序。但是由于黏性食品存在黏结问题，所以可能导致黏结在称斗底部的食品不能彻底被甩出，导致到下一道工序包装的食品不足额定值，影响食品包装值的准确性。称斗采用锥体结构。41，上大下小，三侧为平面，一侧为弧面。这样可以方便黏性食品从上面漏斗口进入，也可以减小底部的大小，避免落料时的散落。称斗的一个侧面安装称重传感器，称重传感器固定在安装架上，传感器安装在称斗和支架之间，安装重量传感器时应设法确保重量传感器能垂直受力。将弧形托盘安装在称重传感器的两个侧面，并且安装推杆，推杆另一侧安装在电机上，当电机转动时，推杆推动托盘翘起。称斗的外侧设计成圆弧形，与托盘的弧形吻合，这样在推杆推动的时候，托盘会滑到称斗外侧；同时称斗的外侧铁皮起了铲门的作用，将称得的定量食品彻底从托盘上铲到下一个设备。由于机械器件的摩擦和应力，在称斗外侧加一层橡胶材料，起到保护称斗托盘的作用。
3，提高动态称重精度的硬件电路设计
称重系统电路设计包括称重传感器信号采集电路、信号放大电路、滤波电路、ILID转换电路以及微处理器电路等。
3．1 ，称重传感器工作原理及误差消除措施
称重传感器足一种能够将重力转变为电信号的力一电转换装置。电阻应变式称重传感器主要是由弹性体、电阻应变片和补偿电路组成。在没有受力的情况下，电桥的4个电阻的阻值是相等的，电桥输出为零。在弹性体受力发生变形时，电阻应变片也跟着一道变形。这样就导致电桥的两端产生了电压差，这个电压差与弹性体受力的大小成正比。检测这个电压差，就可以得到传感器所受重力的大小，这个电压信号经过仪表检测然后计算，就可以得到相应的重量值。称重传感器的误差主要是由非线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度附加误差以及额定输出温度附加误差等引起的”1。选用性能良好的称重传感器是一个重要的环节，设计良好的称重传感器内部有相应的补偿电路。传感器输出信号的稳定性除决定传感器本身的性能外，还与供电电源和传感器的安装有密切关系。为了提高传感器供桥电源的稳定性采用二次稳压，并对元器件进行老化测试后进行选配，选择时漂小的元器件，通过调节其工作电流使其工作在接近零温度系数下，提高整个传感器电源的温度稳定性。
3．2，放大器电路
影响称重精度的另一个来源是放大器，以前主要采用模拟运算放大器，使传感器信号满足A／D转换要求并达到一致的通常方法是通过电位器对各路放大器进行大量反复的调整，然后将其相应增益确定下来。这种方法既费时又费力。
我们采用数字可编程放大器AD8555作为称重传感器微弱电信号的变送器，AD8555是ADI推出的一款增益及输出失调、可数字编程的零漂移桥式传感放大器，特别适合于测量系统的前向通道，对各种传感器信号进行调理。
通过对AD8555编程，设定放大倍数，使输出信号满足A／D转换要求，这样电路设计和调整大大简化。因为它的增益设定和调整、失调设定和调整、输出电压箝位等功能均可全部Jfj软件分别单独实现。并且AD8555不仅能够用来补偿桥式传感器的失调和增益误差，而且可提供传感器故障指示，这给电路的调整测试带来极大的方便。另外，AD8555对电容性负载具有很大驱动能力，可以灵活地靠近仪表传感器放置，也可远离信号调理电路。AD8555是具有可设置增益、输出失调、故障检测、输出箝位和低通滤波器等功能的零漂移称重仪表用放大器，能简化多点、多参量检测系统的前向通道设计与调整，提供完整的从传感器到ADE的信号调理路径。
3．3，其他电路
硬件滤波电路采用八阶低通贝赛尔开关电容滤波器NAX7401芯片，对被放大的信号进行滤波，滤除干扰信号。A／D转换器选用ADS8321，ADS8321为16位串行A／D转化器，最大转换频率100 kHz，最大功耗4．5 mw，是r11公司的16位逐次逼近式模数转换器。它的采样速率为100 kbps，具有串行(SPI／SSI)接KI。微处理器采用ARM7芯片LPC2134，它是一款32位的微处理器芯片，32位CPU处理速度较快、性能优良，适合于对运算速度以及运算量有较高要求的场合。处理器通过SPI总线与ADS8321连接。

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