自動(dòng)茶葉包裝機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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主電路由主處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度測量和控制模塊、輸入信號(hào)檢測模塊、材料拆分包裝模塊,輸出驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊,系統(tǒng)監(jiān)控模塊,電源模塊,通過JTAG調(diào)試模塊等組成。在軟件方面，多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶界面μC/GUI被成功移植到LPC2478。然后建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。另外還有許多控制任務(wù)，包括自動(dòng)計(jì)量、制袋、加載、轉(zhuǎn)讓、抽真空、封口、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)并持續(xù)地在平臺(tái)上執(zhí)行。最后結(jié)果顯示:機(jī)器在一分鐘內(nèi)可以包30包(每5 g),包裝誤差≤0.2 g;包裝合格率≥93%?？傊?系統(tǒng)性能良好。 介紹 隨著人民生活水平的提高,人們對材料包裝提出了更高的要求。一些材料,如食品、藥品包裝不僅需要精確的分割,但還需要真空包裝。然而,在傳統(tǒng)的分割包裝和包裝方式上,工作很重,材料很容易污染,包裝質(zhì)量不好,包裝效率也低。為了實(shí)現(xiàn)集成的自動(dòng)拆分包裝和包裝,以滿足高速度、高精度和高可靠性,迫切需要新型控制系統(tǒng)。因此,研究和開發(fā)拆分包裝和包裝上的控制系統(tǒng)集成機(jī)器具有十分重要的意義。那臺(tái)機(jī)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)提供基于ARM。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)市場需求和小顆粒材料的拆分包裝和包裝特點(diǎn),包裝流程,包含自動(dòng)測量,使袋、抽真空和密封的研究?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如圖1所示。當(dāng)拆分包裝和包裝機(jī)運(yùn)行時(shí),包裝材料由材料巧妙地被分割模塊,然后他們被放入到一個(gè)現(xiàn)成的內(nèi)袋。之后,袋放入一個(gè)外袋,整個(gè)包被操縱者轉(zhuǎn)移到一個(gè)真空室,那里的空氣袋將由氣泵疏散。最后,整個(gè)袋子被密封。在這些過程中,許多電磁閥被用來控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。還有許多傳感器用于檢測材料的重量和位置信息。因此,一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)的形成,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件電路由主處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度測量和控制模塊、輸入信號(hào)檢測模塊、材料拆分包裝模塊、 輸出驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊,電源模塊,通過JTAG調(diào)試模塊等構(gòu)成。其中一些人介紹如下。 主處理器模塊：由NXP半導(dǎo)體設(shè)計(jì)而成的LPC2478單片機(jī),以ARM7TDMI-S為核心,它是一個(gè)高度集成的單片機(jī)，用于一個(gè)需要先進(jìn)通信和高質(zhì)量圖形顯示的廣泛的應(yīng)用程序。 溫度測量和控制模塊：在這臺(tái)機(jī)器中,成型內(nèi)袋和密封外袋都是在高溫操作。溫度由K-type熱電偶來衡量和LPC2478來控制。電路是圖2所示。熱電偶參考函數(shù)給出如下： E= (1) 它的逆函數(shù)是: (2) 是攝氏溫度的熱電偶,,和E(mV)是相應(yīng)的電動(dòng)勢,和E是轉(zhuǎn)換系數(shù)。[7]。 熱電阻的溫度通過安裝在上面的熱電偶被探測到,并放大了運(yùn)算放大器OP07。然后這個(gè)信號(hào)從模擬到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換。按照LPC2478溫度控制規(guī)則,處理結(jié)果被輸出到ULN2003，來控制固態(tài)熱繼電器YJGX-3FA的開始。 圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2溫度測量和控制電路 包裝材料分割模塊：小顆粒材料通過振動(dòng)給料機(jī)轉(zhuǎn)移到重儲(chǔ)料器,他們通過稱重傳感器探測到的重量是3公斤。這些信號(hào)通過A / D轉(zhuǎn)換器CS5532進(jìn)行轉(zhuǎn)換。之后,轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過SPI總線轉(zhuǎn)移到LPC2478。稱重模塊電路圖3所示。由于當(dāng)前的重量和設(shè)置重量之間的差異和改變利率,LPC2478控制振動(dòng)供料器所輸出的頻率不同。 圖3稱重模塊電路 圖4模塊級聯(lián)圖 模塊級聯(lián)：大部分信號(hào)通過直接耦合級聯(lián)連接,但在外部傳感器、執(zhí)行器和模塊電路的信號(hào)通過光電隔離耦合級聯(lián)連接，以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。所有模塊示意圖和整體控制系統(tǒng)的原理通過專業(yè)繪圖軟件被繪制。模塊級聯(lián)如圖4所示。 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II的介紹，是為了設(shè)計(jì)基于自上而下的結(jié)構(gòu)模型和模塊化設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)軟件。首先,系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶界面μC/GUI成功移植到LPC2478并且初始化好。然后主程序開始創(chuàng)建任務(wù)?？刂迫蝿?wù)主要由自動(dòng)測量、制袋、加載、抽真空、封口和數(shù)據(jù)顯示等,它們通過液晶顯示程序,觸摸屏程序,拆分包裝程序,溫度控制程序、包裝控制程序、通用輸入和輸出程序等進(jìn)行。其中一些人介紹如下。 液晶顯示程序：LPC2478有自己的LCD控制器。TFT真彩液晶用于顯示包裝的信息,如包裝參數(shù)調(diào)整界面,手動(dòng)操作界面,實(shí)時(shí)重量,材料成型內(nèi)包溫度、密封外袋溫度和錯(cuò)誤消息窗口。圖形用戶界面μC/GUI在系統(tǒng)μC/OS-II中運(yùn)行,另外人機(jī)互交界面非常漂亮。LCD控制流程如圖5所示。 包裝控制程序：根據(jù)包裝的控制要求,有很多輸入和輸出信號(hào)的過程。輸入數(shù)據(jù)包括各種開關(guān)，傳感器輸出信號(hào)，用于檢測包裝機(jī)運(yùn)行過程。然后將產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)通過LPC2478打開電磁閥或啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。最后的材料將被打包成包。包裝過程流程如圖6所示。 圖5液晶控制流程圖 圖6包裝過程流程圖 測試實(shí)驗(yàn) 硬件和軟件集成到一個(gè)如圖7（a）所示的自動(dòng)控制系統(tǒng)原型。一個(gè)拆分包裝和包裝集成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)被建立，如圖7所示(b)。在主界面,控制系統(tǒng)可以顯示兩組材料的實(shí)時(shí)重量,成型溫度內(nèi)袋,密封外袋溫度和它們的設(shè)置。用戶可以通過“+ -”按鈕調(diào)整設(shè)置。此外,這里有手工操作、包裝參數(shù)調(diào)整,日期和時(shí)間顯示等。在測試實(shí)驗(yàn)中,一分鐘里包裝重量和數(shù)量被測量的設(shè)置分別是5克,7 g和15 g。每個(gè)包被稱重如圖7(c)所示。然后,所有袋的材料重量被計(jì)算和記錄。測量點(diǎn)和稱重結(jié)果如圖7(d)所示。長期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:機(jī)器可以在一分鐘內(nèi)包30包(每包5 g),包裝誤差≤0.2 g;包裝合格率≥93%。 （a） (b) (c) (d) 圖7(a)電路板的自動(dòng)控制系統(tǒng),(b)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),(c)包裝材料稱重,(d)測量點(diǎn)、稱重結(jié)果圖表 結(jié)論 按照小顆粒材料的拆分包裝和包裝要求,一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)被研究和開發(fā)。主要結(jié)論有：a)控制系統(tǒng)的硬件和軟件被設(shè)計(jì),研究了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶界面μC/GUI,并成功地移植到LPC2478。b)拆分包裝和包裝一體機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)被建立。許多控制任務(wù)是自動(dòng)的,并不斷在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。c)包裝內(nèi)袋和外袋包裝在機(jī)器上被完成。包裝產(chǎn)品的外觀是一致的。整個(gè)控制系統(tǒng)的性能很好。 感謝 這項(xiàng)工作得到了中央大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(JB-ZR1107)和廈門集美科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持,中國(20137C01)。 參考文獻(xiàn) [1] H.K.Tonshoff,C.Soehner and G.Isensee: Robotics and Computer-Integrated Manufacturing Vol.13 (1997),p.1-7 [2] M.K.Shivhare,D.P.Rao and N.Kaistha:Chemical Engineering and Processing: Process Intensification Vol.71 (2013),p.115-124 [3] J.Boersma and J.Molenaar:Siam Review Vol.37 (1995),p.406-422 [4] R.M.Wu,D.Liu,J.H.Yu and Y.Z.Xiao: Advanced Materials Research Vol.80-81 (2011),p.1315-1319 [5] Z.Y.Peng, H.Z.Li and J.M.Liu:Advanced Materials Research Vol.320 (2011), p.487-491 [6] Information on http://www.cn.nxp.com/documents/data_sheet/LPC2478.pdf [7] T.Y.Wang,C.Q.Hua: 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