1引言

果蔬产品是人类不可缺少的农副食品，改革开放以来，我国传统农业尤其是果蔬产业得到了长足发展，査询国家统计局公布的最新数据可知，2014年我国水果总产量为2.6亿吨，蔬菜总产量为7.6亿吨,是全球果蔬生产第一大国，其对外贸易额已超过100亿美元，成果喜人。然而，由于果蔬产品本身的保质时间极短，在储 藏、运输途中稍有不慎便会失去鲜销价值，造成经济损失和资源浪费，因此，如何有效维持果蔬产品的新鲜度, 在保证安全的前提下尽可能延长其保鲜期、减缓腐烂变质的速度，便成为一项具有实际应用价值的研究内容。

目前，在各类果蔬保鲜方法中，气调保鲜方法是最先进有效的，使用这种方法保鲜的果蔬由于有保鲜气体以及包装袋的保护，能够保证保鲜的实时性，不受保鲜设备的限制，从而可以最大程度地保持食品的新鲜度，延长产品的贮藏期和销售的货架期⑵气气调保鲜方法在发达国家运用较为广泛，现已成为很多产品最主要的包装形式，所占有的市场份额也逐年提高。 而在我国，该方法的实际应用尚处于起步阶段，但随着人们消费观念以及健康意识的不断增强，可以预见其发展潜力及市场前景是非常巨大的。本文着眼于此, 针对气调保鲜技术装备开展深入研究，尝试设计了一种果蔬气调保鲜包装机，以期为我国气调保鲜事业的发展尽一份绵薄之力。

2装置结构部分设计

本文所设计的气调保鲜包装机结构示意如图1所示，装置主要由三种保鲜气体(N₂,O₂,CO₂)的气瓶套件、 气路管线、过滤调压阀、气体节流阀、二位二通电磁阀、 气体流量传感器、单向阀、混气室、空气压缩机、真空发生器、真空充气嘴、二位三通电磁换向阀、气缸、夹紧执行机构、热封夹紧机构、盛物板、调节机构、机架支承结构以及电控元器件(图中未画出)等零部件组成， 其中机架支承结构是包装机的结构主体，所有零部件都安装在其上，盛物板用来盛放已装好果蔬的保鲜包装袋， 用户可根据保鲜包装袋的尺寸操作调节机构来调整包装袋的开口与热封夹紧机构之间的距离。使用时首先让真空充气嘴伸入到保鲜包装袋之中，随后气缸驱动夹紧执行机构令热封夹紧机构夹紧包装袋，然后系统提醒用户选择目标果蔬的有关信息，在用户完成相关指令后空气压缩机向真空发生器输入高速气流,使得保鲜包装袋中的空气经真空充气嘴排出，当整个包装袋达到一定真空度后，再将保鲜气体充入其中，待充气结束之后气缸驱动真空充气嘴抽离包装袋，电热丝开始加热以密封袋口， 最后热封夹紧机构松开，完成一次气调保鲜包装作业。 整个包装机具体的气动原理及管线连接情况如图2所示， 从图中可知，装置共有四个气源，其中一个气源是空气压缩机，主要用来驱动两个气缸伸缩以及真空发生器工作,另外三个气源是盛装高压保鲜气体的气瓶，每个气瓶对应输入一种保鲜气体，从而可形成三组供气通道， 每组供气通道均由过滤调压阀、节流阀、二位二通电磁 阀、流量传感器以及单向阀顺次连接构成，工作时三种保鲜气体在流经各自的供气通道后分别在气管的引导下进入混气室混合，混合后再由真空充气嘴排出至保鲜包装袋中。

本装置所用到的传感器、电磁阀及其它电控元器件是由以Arduino控制板为核心搭建的数控系统进行控制的，系统允许用户预先向其存储目标食品的保鲜气体混合比例值，之后在实际使用时，便可根据用户选择的某一具体混合比例值结合流量传感器反馈的流 量信号控制各路供气通道的电磁阀通断，以按照比例 调节每种保鲜气体的流通时间，最终配制出符合要求的混合保鲜气体。

3装置电控部分设计

（一）Arduino系统简介

作为目前全球最流行的开源硬件及其开发平台之一，Arduino具有很多独特的优势，其IDE不但可以在 Windows, Mac OS以及Linux上运行，而且操作简单，8路5V Relay模块昌眼如重齢维空戏登宣昌H如使用者并不需要太多的单片机基础和编程基础，同时由于其硬件原理图、电路图、核心库文件等内容都是开源的,因此在有关协议范围内可以随意修改设计，这使得 Arduino有着大量开发者和拥建，更为重要的是本着开源共享的精神，开发者们都乐于在网上共享各种原创设计，从而让Arduino的第三方硬件、外设扩展板以及库文件异常丰富,不难看出这对于产品开发来说是一个良性循环。鉴于Arduino系统的种种优势,本文决定以其控制板为核心，结合相关扩展板及零部件搭建气调保鲜包装机的数控系统。

（二）数控系统的搭建

气调保鲜包装机的电气原理如图3、4所示，主要由一块Arduino MEGA控制板叫、一块LCD4884液晶屏扩展板国、一块DS1307时钟模块⑹、三个10k C电阻、三支Honeywell AWM720P1流量传感器四个SPST行程开关、一块8路5V继电器模块、五个2W- 160-15电磁阀、二个4V210-08电磁阀、一块SSR —380D40固态继电器、一个BK-1000VA加热变压器、 一根10mm电热丝、一个24V6.5A直流电源、一个10V2A直流电源以及一个220V16A空气开关组成。其中,10V电源为Arduino控制板和Honeywell流量传感器供电,Honeywell流量传感器输出的模拟电压信号可以输入到Arduino控制板的模拟接口中,10kQ电阻为其下拉电阻.SPST行程开关连接到Arduino控制板的数字接口和公共端上以提供触发信号；LCD4884扩展板作为人机交互界面与Arduino控制板连接后供用户操作和使用.DS1307时钟模块负责进行计时,由Arduino 控制板和自身携带的纽扣电池供电.24V电源用来驱动七个电磁阀和固态继电器，电磁阀和固态继电器都受到5V继电器模块的控制，而5V继电器模块则由Arduino 控制板供电并提供电平信号.加热变压器的输入端连接到220V交流电上，通断由固态继电器控制，其40V的交流输岀端与电热丝相连。