随着我国公民生活水平的提高和食品消费市场的不断壮大，消费者对食品的质量哀求越来越高，而食品包伪装为食品产品主要组成部分，具有保障食品质量、方便食品运输和提升食品整体美感等浸染[1-2]。 食品包装常常采取人工计量办法进行称重，这种办法的人工劳动强度大，生产效率低，同时手工称量偏差大，易造成食品重量称量的精度不敷[3]。近些年电子技能的发展使得自动化称量设备逐步代替手工称量，机器行业和打算机技能的超过式发展显著提高了食品包装技能的自动化水平，个中自动化定量计量包装已经占食品总包装市场份额的 75 %旁边，并且还呈现不断增长的势头[4-5]。电子计量技能是自动计量系统的根本，它包含了电子技能、掌握技能、传感器技能及自动 化技能，是一种将无序的物料稳定分成规定质量的装置[6]。食品包装根据计量次数哀求可分为单次计量和分量计量，个中单次计量是指食品包装全体过程只需进行一次计量，适宜物料单一的食品包装系统，分量计量是指根据不同物料的质量配比分别加入同一包装，同时自动定量系统在用于食品包装时能够实现食品自动连续包装，降落人工本钱，提高包装效率[7-8]。
目前我国自动定量系统用于固体食品包装的技能及设备已经比较成熟，但针对液体及具有粘性的半固体食品等流动性物料的计量包装设计及利用仍存在一定的局限性，基于此，本文在目前食品包装定量计量系统的研究根本上设计一套适宜具有流动性的食品的计量包装。
1. 食品包装自动定量计量系统简介
1.1 食品包装自动定量计量系统的干系技能
食品包装自动定量计量系统的功能包括计量和自动包装，它是食品自动包装机器最主要的系统，一样平常可根据计量办法分为三种，即：容积式计量/称重式计量/计数式计量. 容积式计量用于流动性较好的液体物料的计量，该计量装置构造比较大略，计量效率高，但加工精度较低；称重式计量，用于流动性较差的半固体物料的计量，由于半固体物料易结 块，因此对付计量装置哀求较高，该计量装置构造繁芜，单次包装耗时长，但加工精度高；计数式计量，用于颗粒状或块状固体物料的计量，利用转盘式计量器使颗粒状物料边称重便落入物料箱，直到重量到达指定标准后，进行卸料添补操作，完成包装。
食品包装自动定量计量系统具有较高的自动化程度是由于其内部包含浩瀚电子化技能，个中紧张有：
①传感器技能，传感器作为检测装置，紧张用于获取设备事情过程中的干系参数信息，并转化成电旗子暗记进行传输及其他后续操作，传感器是食品包装自动计 量系统与外界联系的节点，应具有灵敏度高、稳定性好及线性范围广等特点。
②旗子暗记预处理技能，传感器直接吸收到的旗子暗记一样平常比较微弱，难以直接被处理器获取，因此可利用旗子暗记预处理技能将旗子暗记放大，同时过滤噪声，打消滋扰旗子暗记。
③A/D 转换技能，将预处理过的仿照旗子暗记转换成打算机可以识别的数字旗子暗记，根据哀求不同可利用不同的 A/D 转换器。
④微控技能， 改动系统参数，处理吸收到的数学旗子暗记，完成数据储存等功能。
⑤人机交互技能，通过显示器将系统运行参数及其他信息展示给用户，同时用户也可对参数进行改动等操作，掌握设备的运行过程，实现系统的人工掌握。 1.2 食品包装自动定量计量系统的技能难点
目前食品包装定量计量系统常利用可编程逻辑掌握器（Programmable Logic Controller，PLC）掌握，详细问题包括：
①计量精度低。以某植物油加工厂为例，在标准重量设定为 200 kg 的情形下，哀求偏差掌握在 0.25 %以内，但在实际生产中创造设备计量偏差常高于 0.5 kg，即超过 0.25 %；
②生产速率慢。对付某些时令性食品，为担保产品质量，对生产加工过程速率有一定哀求，现有食品包装生产设备加工速率有待提高；
③掌握策略不佳。传统掌握办法造成食品加工过程滋扰成分较多，使定量计量过程质量易超出哀求范围外，乃至导致质料溢出。
其余，基于食品包装自动定量计量系统的技能哀求，其难点包括：①兼顾食品包装自动定量计量系统的精度和速率哀求；②保障流体食品流量的稳定性； ③办理流体食品对称重装置产生的冲击力所造成的动态补偿问题；④办理流体食品运输过程中落差导 掌握精度低落的问题。
2 食品包装自动定量计量系统的构造及系统设计
2.1 食品包装自动定量计量系统的构造组成
食品包装对自动定量计量系统的量程、风雅度、 效率等方面均有一定哀求，个上钩量风雅度的许可偏差为待称量物料的 0.1 %，即若食品称量的重量范围 超出食品实际重量 0.1 %，则视为系统不达标准[9]。图 1 为食品包装自动定量计量系统的构造示意图。
图1 自动定量计量系统的构造示意图
Fig.1 The structure of automatic quantitative measurement system schematic diagram
由图 1 可知，食品包装自动定量计量系统的紧张设备包括储料仓、给料设备、掌握系统和计量设备。储料仓一样平常应担保有足够的物料，若物料不敷时可利用提升机来进行补给；可根据物料类型选择得当的给料设备，一样平常包括阀门式、螺旋式和振动式，对付流动性较大的物流一样平常选择螺旋式送料设备，通过重力及离心力浸染使物料顺利进入计量斗；计量设备通过传感器吸收物料质量旗子暗记，掌握仪表掌握参数及卸料；掌握系统紧张包括微处理器，对全体定量计量系统事情 过程进行掌握。
2.2 食品包装自动定量计量系统的硬件及软件设计
食品包装自动定量计量系统的硬件是掌握全体系统事情流程的载体，也是使系统能够正常运行的设备根本，紧张构成包括电源系统、数据采集系统、紧张掌握系统、储存系统、通信系统和人机交互系统。
个中紧张掌握系统是核心部分，起到掌握全体运行过程中数据的转换、处理、显示和存储以及根据参数掌握送料系统和卸料系统开关的浸染；
数据采集系统紧张包含传感器和 A/D 转换器两部分，紧张是将传感器捕捉到的微弱旗子暗记进行过滤及增强处理后，通过 A/D 转换器转换成可被内部系统识别的数字旗子暗记；
通信系统紧张包括串口通信模块和输出驱动模块，用来实现系统的信息通信以及传动电机和送料、卸料开关的驱动掌握；
人机交互系统紧张包括触摸屏和薄膜晶体管液晶 显 示 器 （Thin Film Transistor -Liquid Crystal Display， TFT-LCD），为用户供应理解和设定参数的窗口。
食品包装自动定量计量系统的软件是系统掌握的核心，用来完成流程掌握。掌握系统的微机掌握器采取 ARM Contex-M3 核心，其开拓工具选用德国 Keil 公司的 Realview MDK 软件。Realview MDK 软件能够完美支持 ARM Contex-M3 微机掌握器，能灵巧有效的组织并管理多个窗口，提高开拓效率；具有强大的 Simulation 仿真和剖析功能，可以通过仿真仿照实验调节开拓环境和参数，减小开拓周期；能够自主匹配启动代码，便于用户理解开拓过程及状况。
掌握系统主程序设计方案为：首先根据硬件组成模块，进行初始化操作，初始化内容包括时钟、总线扩展器（General Purpose Input Output，GPIO）、嵌套向量中断掌握器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）、 串口通信、数据采集、TFT-LCD、触摸掌握、SD 卡和 FatFs 文件系统。然后设定参数并根据参数驱动掌握程序操作，计量包装完成后将数据存储至 SD 卡，完成一 次计量包装事情。系统软件掌握流程如图 2 所示。
图 2 系统软件掌握流程图
Fig.2 The flow chart of control system software
3 食品包装自动定量计量系统的实现过程
为检测上文中提出的食品包装自动定量计量系统的运用性能，本文将从物料计量精度、硬件抗偏差能力和软件掌握精度三个方面进行剖析。
3.1 食品包装自动定量计量系统的影响成分剖析
影响物料计量精度的成分包括传感器偏差、计量斗构造和机器运动，个中传感器的受力程度决定了其电旗子暗记的大小，而传感器的质量决定于感应材料、内部电路、制作工艺及事情环境影响。计量斗应采取光滑曲面构造，同时传感器应均匀打仗计量斗，防止受力不均造成实验偏差。机器运动偏差包括冲击偏差， 落料偏差和机器振动偏差，这些偏差是由于送料过程中物流机器运动对计量斗产生一定力造成的，机器运动偏差很难彻底肃清，只能通过缩短下料间隔，设置缓冲装置等办法只管即便减小。
硬件系统的事情环境滋扰成分较多，例如电源噪声、电磁波辐射、高压电流等，这些滋扰成分对系统硬件设备的抗滋扰能力提出一定哀求。
软件系统是保障系统程序正常运行的根本，不同软件模块的连接办法、参数设定以及外界旗子暗记滋扰均会对系统软件的实行操作造成滋扰。
3.2 食品包装自动定量计量系统的验证剖析
为减小物料计量偏差，设计三级送料螺旋速率掌握档，利用韶光掌握流程，实现送料过程前期快速送料，中期减缓速率，后期缓慢送料的办法，显著减小了 机器运动偏差。
为减小硬件系统偏差，一方面可以利用滤波技能和稳压器，过滤噪声滋扰，同时稳定电压，另一方面可以采纳屏蔽技能抑制不同区域间的电磁场耦合征象， 以及隔离技能隔离不同电路间地点位连接的征象，其余可采纳接地方法，即将设备的电路与地级相连，减小仿照旗子暗记进行数字转换时的滋扰。
软件设计时可对不同模块间信息通报代码和接口进行规范化设计，减小信息通报过程中产生偏差的可能性，对参数设置边界，打消外界滋扰，对已经侵入 的滋扰采纳逼迫复位操作，掩护软件系统的安全性。
4 结语
包装食品的实际需求匆匆使自动食品包装机器的不断发展，个中自动定量计量系统是食品包装机器的核心组成，其设计及性能决定着全体包装系统的效率和精度。本文对食品包装中自动定量计量系统的总体设计进行解释，并分别阐述了其硬件和软件系统的详细设计。末了以物料计量精度、硬件抗偏差能力和软件掌握精度 3 个方面入手，提出了优化性能的履行方案。
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