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針對(duì)市場(chǎng)需求狀況，在調(diào)査的基礎(chǔ)上,我們和 武漢糧食機(jī)械廠共同研制和開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)大米小包裝機(jī)。該機(jī)屬于機(jī)電光一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，采 用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，能完成自動(dòng)供料、計(jì)量、制袋 充填和打印等功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作。本機(jī)型亦可 用于顆粒狀的糧食、飼料、食品及醫(yī)藥等的小包 裝。

1工作原理

1.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

如圖1所示，機(jī)械運(yùn)動(dòng)由XWD04-2擺線針輪 減速電機(jī)分3路傳動(dòng):一路驅(qū)動(dòng)橫封器15和安裝其 上的切斷刀14,將已縱封的塑料薄膜帶進(jìn)行橫向 封口的瞬間切斷;二路通過(guò)分配軸13使滯后或超 前凸輪5、4轉(zhuǎn)動(dòng)，并配合中間繼電器8、9控制可逆 電機(jī)10正、反轉(zhuǎn);三路是根據(jù)塑料帶上的黑色標(biāo)記 在上帶過(guò)程中出現(xiàn)的超前或滯后狀況，由光源17 和光電裝置1控制可逆電機(jī)10驅(qū)動(dòng)差動(dòng)機(jī)構(gòu)11,使 縱封滾輪16作補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，控制塑料包裝帶在熱封 過(guò)程中準(zhǔn)確定位⑴。

1.2拠料包裝帶自動(dòng)上帶機(jī)構(gòu)的工作原理

如圖1所示，若塑料包裝帶的黑色標(biāo)記處于正 常上帶狀況時(shí)，黑標(biāo)正好通過(guò)光源17遮斷光線，光 電裝置1中的光電管接通發(fā)出信號(hào),使光電繼電器 3的常開(kāi)觸頭閉合，但微動(dòng)開(kāi)關(guān)6、7的觸頭同時(shí)落 在凸輪5、4的凹入角度重疊的區(qū)域內(nèi)，

圖1全自動(dòng)大米小包裝機(jī)工作原理圖

1.光電裝量2.抵料卷筒3.光電繼電器4.超前凸輪

5.滯后凸輪6. 7.微動(dòng)開(kāi)關(guān)8. 9.中間繼電器10.可逆 電機(jī)1L差動(dòng)機(jī)枸12.減速電機(jī)13.分配軸14.切斷 刀15. «封器16.縱封滾輪17.光源18.19.導(dǎo)向輾

20.傳感器21.料斗22.電振機(jī)23.料倉(cāng)

9上，故可逆電機(jī)10不轉(zhuǎn)動(dòng)。若塑料包裝帶的黑色 標(biāo)記處于超前上帶狀況時(shí)，則光電裝置1發(fā)岀超前 信號(hào),使光電繼電器3的常開(kāi)觸頭閉合，微動(dòng)開(kāi)關(guān)7 的觸頭落在超前凸輪4的凸出區(qū)域，處于閉合狀 態(tài),光電信號(hào)輸送到中間繼電器9上，可逆電機(jī)10 反轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)差動(dòng)機(jī)構(gòu)11使縱封滾輪16減速,消除黑 標(biāo)的超前現(xiàn)象。同理，利用微動(dòng)開(kāi)關(guān)6、滯后凸輪5、 中間繼電器8,使可逆電機(jī)10正轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)差動(dòng)機(jī)構(gòu) 11使縱封滾輪16增速,消除黑標(biāo)的滯后現(xiàn)象。（5）用非線性薄殼理論解空氣彈簧形變比材 料力學(xué)方法精確，提高了強(qiáng)度分析的可靠度，對(duì)空 氣彈簧的研究、設(shè)計(jì)及應(yīng)用有重要參考價(jià)值。

13全自動(dòng)大米小包裝機(jī)的工藝過(guò)程

如圖1所示，單片機(jī)智能控制器收到料斗21 關(guān)門信號(hào)允許加料時(shí)，自動(dòng)地輸出加料控制信號(hào). 電振機(jī)22得電對(duì)料斗21加料，傳感器20受力，輸 出信號(hào)到單片機(jī)智能控制器中的放大器，4位半 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)控 制鍵盤掃描，顯示輸出，達(dá)到控制加料的目的。首 先是快加料，當(dāng)物料重量達(dá)到目標(biāo)值的90%時(shí), 自動(dòng)輸出慢加料信號(hào)，當(dāng)物料加到離所設(shè)定的目 標(biāo)值僅相差一個(gè)提前量時(shí)，則發(fā)出停止加料信號(hào)， 這時(shí)電振機(jī)仍有余料進(jìn)入料斗。當(dāng)物料達(dá)到目標(biāo) 值允許誤差范圍(0.3%)內(nèi)時(shí)，料斗21處于等待 放料狀態(tài)。這時(shí)切斷刀14切斷塑料包裝袋的瞬 間，固定在橫封器軸上的控制凸輪推動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān) 的觸頭閉合，料斗21上的電磁鐵得電動(dòng)作，牽引 料門放料,物料進(jìn)入三面封好的塑料包裝袋內(nèi)，由 缺封器封口并切斷，包裝袋落下。當(dāng)放料完畢，單 島I智能控制器輸出關(guān)門信號(hào)，電磁鐵斷電，由料 斗上的復(fù)位彈簧牽引料門關(guān)閉，開(kāi)始下一輪循 環(huán)。

2單片機(jī)智能控制器的設(shè)計(jì)

單片機(jī)智能控制器是全自動(dòng)大米小包裝機(jī)的 核心裝置，它具有顯示重量、狀態(tài)控制、去皮、置 零、累計(jì)重量、重量標(biāo)定、量程設(shè)定、掉電保護(hù)、超 載報(bào)警和自動(dòng)打印等多種功能。其中,A/D采用4 位半雙積分轉(zhuǎn)換器件，具有轉(zhuǎn)換精度高、穩(wěn)定可靠 等特點(diǎn)。

2.1硬件總體設(shè)計(jì)

控制器硬件系統(tǒng)以8031單片機(jī)為CPU,程序 存儲(chǔ)器采用一片EPROM27128,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 采用一片RAM6264.并帶有后備電池，以作掉電 保護(hù)之用。采用專用芯片8279作為鍵盤、顯示器的 接口，充分提高CPU的工作效率。系統(tǒng)擴(kuò)充了一 片8155,PA 口、PC 口工作于基本輸入方式，分別 作為A/D的輸入數(shù)據(jù)口和系統(tǒng)狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)口。 PB 口工作于基本輸岀方式，作為控制器的開(kāi)關(guān)量 輸出通道。

由于控制器的控制速度要求不高.而檢測(cè)精 度要求較高，故選用轉(zhuǎn)換速度較慢、精度高、抗干 擾能力強(qiáng)的ICL7135芯片。它是一種4位半雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換速度為50次/s.分度數(shù)達(dá)1 萬(wàn),滿足系統(tǒng)的精度要求JCL7135的R/百接高電 平，使A/D處于自動(dòng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。8155除用于開(kāi)關(guān) 量輸入輸出通道外，還與74LS157 一起構(gòu)成 ICL7135和8031的接口電路,A/D轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的 各位BCD碼、位標(biāo)志以及極性、過(guò)量程、欠量程標(biāo) 志皆送至PA 口。8155的定時(shí)器置成方波發(fā)生器， 8031的ALE給定時(shí)器輸入信號(hào)，定時(shí)器輸岀方波 信號(hào)作為ICL7135的時(shí)鐘oICL7135的選通信號(hào) 訂與最高位選通信號(hào)Q經(jīng)反相后同時(shí)有效時(shí)，向 80311NT；申請(qǐng)中斷。

另外，8031的Pi 口用以向打印機(jī)提供數(shù)據(jù)， 打印機(jī)的選通信號(hào)飛和狀態(tài)信號(hào)BUSY接8031 的P3.o、P3.i，供單片機(jī)査詢。

2.2傳感器

采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，根據(jù)電阻應(yīng)變 計(jì)原理，將4塊應(yīng)變片分別貼在彈性梁上，組成全 橋平衡電路。電阻應(yīng)變式稱重傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、使用方便、性能可靠穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程 的自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。

2.3調(diào)零電路

調(diào)零電路用以抵消傳感器的零點(diǎn)輸出和秤體 本身自重引起的傳感器輸岀信號(hào)。該電路如圖2所 示，由高穩(wěn)定電阻、可變電位器和直流穩(wěn)壓電源組 成調(diào)零電橋，并串接在傳感器輸出和放大器之間, 通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)零電橋內(nèi)的可變電位器W|改變橋路 不平衡輸岀U”，使之和稱重傳感器空載輸岀電 壓Us大小相等，極性相反,則電子秤在空載時(shí)總 的輸出電壓U。為0

供橋電壓

圖2調(diào)零電路

2.4放大器

從稱重傳感器采集到的電壓信號(hào)是mV級(jí), 而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求0?5 V,因此需要放 大環(huán)節(jié)。選用ICL7650高精度集成運(yùn)算放大器，具 有輸入電流小、失調(diào)小、增益高等優(yōu)點(diǎn)。

7650組成的放大電路如圖3所示，R,和G組 成輸入濾波，濾除一些高頻干擾信號(hào),R5、R'、Wz 和R,組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，決定增益量。其中珞是可以由微動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)其阻值的一組電阻，它的阻值 變化范圍作為增益的粗調(diào)，Wz作為增益的細(xì)調(diào)。 G作為交流負(fù)反饋，用來(lái)抑制稱重信號(hào)以外的干 擾信號(hào)。R9和C3組成輸岀濾波，去除7650的調(diào)制 尖鋒泄漏。