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家用絞肉機(jī)方案開發(fā)
近年來(lái)，肉制品工業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，火腿腸、灌腸等肉深加工產(chǎn)品品種日益增多，魚肉、雞肉、豬肉等各種肉乳化粒度的精確度直接影響著火腿腸、灌腸等產(chǎn)品質(zhì)量，傳統(tǒng)的絞肉機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單一絞肉功能或即使能乳化，乳化粒度大小單一且肉乳化粒度的精確度低。低功耗、控制功能日益增強(qiáng)，品種日益增多的單片機(jī)控制技術(shù)和智能儀表技術(shù)的飛速發(fā)展為控制系統(tǒng)的改造提供了有利的條件，為此本試驗(yàn)應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)，在單片機(jī)的輸入端增添溫度檢測(cè)、乳化粒度檢測(cè)的模擬量信號(hào)，通過(guò)這些模擬量實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)與給定的要求信號(hào)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)了絞肉機(jī)溫度、速度、粒度的自動(dòng)化與智能化控制，保證設(shè)備精準(zhǔn)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)多種大小不同粒度的要求。該系統(tǒng)不僅具有生產(chǎn)過(guò)程高度自動(dòng)化控制功能，按照加工產(chǎn)品的要求，自動(dòng)控制執(zhí)行對(duì)象的動(dòng)作，而且具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和現(xiàn)代化管理功能，多媒體實(shí)時(shí)顯示各對(duì)象的工作狀態(tài)和運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并依據(jù)用戶的要求對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)表格等等管理功能。經(jīng)過(guò)近兩年的運(yùn)行實(shí)踐，表明該系統(tǒng)性能可靠、自動(dòng)化程度高、操作方便、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
一、絞肉機(jī)設(shè)備組成與工作原理
1.1設(shè)備組成
本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的多功能絞肉機(jī)實(shí)現(xiàn)了出骨、絞肉、乳化３種功能的有機(jī)結(jié)合，采用模糊ＰＩＤ控制技術(shù)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種大小不同粒度高精度的要求。多功能絞肉機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖１。
多功能絞肉機(jī)由料斗、絞龍、絞龍缸套、碗杯和絞肉乳化頭組成。絞龍缸套的前段的篩孔依據(jù)加工不同種類的帶骨肉塊選取不同的孔徑，絞肉乳化頭園柱段內(nèi)表面銑削加出多頭螺旋，形成螺旋切割刀，對(duì)從孔中擠出的肉實(shí)施切割，乳化頭園錐內(nèi)表面和碗杯外表面各分３段，分別開有與軸線成２００°傾角的矩形槽，但中間槽的方向與首尾槽的方向相反，右端槽的尺寸與螺旋刀尺寸匹配，從右至左３段槽的尺寸依次減小，且乳化頭與碗杯槽的傾向相反。絞肉乳化頭與碗杯間隙通過(guò)驅(qū)動(dòng)螺桿帶動(dòng)固定在絞肉乳化頭止推軸承座上的螺母作水平直線運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)，其間隙的大小控制乳化粒度的大小。動(dòng)力設(shè)備絞龍電機(jī)、絞肉乳化電機(jī)、乳化間隙調(diào)節(jié)電機(jī)和調(diào)節(jié)閥門開度電機(jī)分別完成絞肉、乳化、調(diào)節(jié)間隙、控制閥門開度。
1.2絞肉機(jī)的運(yùn)行過(guò)程
首先根據(jù)加工肉塊的種類，人工選取合適篩孔直徑的絞龍?zhí)?，安裝固定好后啟動(dòng)系統(tǒng)，小塊帶骨肉由絞龍輸送并擠壓，肉從絞龍缸套的篩孔中擠出，絞肉乳化電機(jī)帶動(dòng)絞肉乳化頭內(nèi)壁螺旋刀旋轉(zhuǎn)切斷肉絲，被傳送至錐形乳化頭與碗杯間隙后，受高剪切作用而乳化，調(diào)節(jié)乳化間隙大小控制乳化粒度，乳化間隙調(diào)到最大時(shí)可實(shí)現(xiàn)單一絞肉功能。絞肉乳化過(guò)程中，防止肉高溫變質(zhì)，在絞龍空心與碗杯內(nèi)通入冷卻水，循環(huán)水排出管處的溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度高時(shí)，則調(diào)大進(jìn)水閥的開度；溫度低時(shí)，則減小進(jìn)水閥的開度。
二、絞肉機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)硬件組成，如圖２所示。系統(tǒng)以低電壓，高性能、低功耗、價(jià)格低廉的８位ＣＭＯＳ單片機(jī)為核心，為了擴(kuò)展Ｉ／Ｏ口，擴(kuò)展一片可編程的鍵盤顯示接口芯片８２７９、一片Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換芯片ＡＤＣ０８０９、一片可擦除編寫的ＥＰＲＯＭ２７１６、多片Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片ＤＡＣ０８３２和一片可編程并行接口芯片８１５５。根據(jù)要訪問(wèn)的地址，芯片的片選信號(hào)為低電平則選中相應(yīng)的芯片。
為提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證乳化精度，４臺(tái)動(dòng)力設(shè)備均采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接收到１個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)１個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，定位精度高、無(wú)位置累積誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它電機(jī)的最大特點(diǎn)通過(guò)脈沖信號(hào)來(lái)控制，是數(shù)字電機(jī)，即有脈沖時(shí)只要置相應(yīng)的輸出端為１；無(wú)脈沖時(shí)只要置相應(yīng)的輸出端為０，由此可見(jiàn)脈沖分配很容易通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，單片機(jī)的Ｉ／Ｏ驅(qū)動(dòng)能力有限，為此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與單片機(jī)之間要增加驅(qū)動(dòng)電路。為防止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)振蕩，在此采用了細(xì)分電路電源，縮小步進(jìn)電機(jī)步距角的脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，見(jiàn)圖３。該驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合電路、功放電路和脈寬調(diào)制電路３部分組成。脈寬調(diào)制電路是把單片機(jī)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片ＤＡＣ０８３２輸出的模擬電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，此電壓作為脈寬調(diào)制電路中電壓比較器同相輸入端參考電壓。功放電路中采樣電阻上測(cè)得的電壓信號(hào)和同相輸入端參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)電壓大于參考電壓時(shí)，電壓比較器輸出為低電平，使Ｄ觸發(fā)器輸出端為低電平，將使功放管截止，反之，使功放管導(dǎo)通。脈寬調(diào)制電路的目的是在采樣電阻上得到與Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓一致的電壓，這樣保證電機(jī)繞組上的平均電流滿足要求。通過(guò)對(duì)功放管通斷時(shí)間的控制，即電機(jī)繞組上的平均電流要求大時(shí)，就要增加功放管的導(dǎo)通時(shí)間；電機(jī)繞組上的平均電流要求小時(shí)，就要縮短功放管的導(dǎo)通時(shí)間。由于電機(jī)繞組是一個(gè)感性負(fù)載，電感性負(fù)載的特點(diǎn)電流不能突變，阻礙電流的變化，而且脈寬調(diào)制電路的調(diào)制頻率較高，一般大于２０ｋＨｚ，因此，雖然不是連續(xù)通電，即時(shí)通時(shí)斷的脈沖工作方式，但電機(jī)繞組中的電流還是較平穩(wěn)的。脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的控制精度高，工作頻率穩(wěn)定，多用于綜合驅(qū)動(dòng)性能要求較高的場(chǎng)合。
三、多功能絞肉機(jī)方案的功能控制
多功能絞肉機(jī)智能控制的目標(biāo)：在確保生產(chǎn)過(guò)程安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，按照乳化細(xì)度的要求生產(chǎn)出多種合格的高精度的乳化產(chǎn)品，同時(shí)保證系統(tǒng)具有較快的速度、設(shè)備效率高，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。該控制系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容如下。
3.1程序預(yù)選功能
鍵盤操作畫面，如圖４所示。畫面上，各矩形方框都相當(dāng)于一個(gè)按鍵，如按下系統(tǒng)運(yùn)行后，單片機(jī)循環(huán)掃描各按鍵，當(dāng)檢測(cè)到某鍵按下時(shí)，并把鍵值存入８２７９芯片ＦＩＦＯＲＡＭ中，并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，讀鍵值，執(zhí)行已編好了鍵盤處理程序。即用手觸摸“肉”這個(gè)方框后，執(zhí)行“肉”這個(gè)按鍵的鍵盤處理程序，即肉加工程序。系統(tǒng)程序包括公共程序和肉、粗、較粗等多種乳化細(xì)度要求的加工程序。通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行相應(yīng)程序，如選擇肉，就會(huì)跳過(guò)其它乳化細(xì)度等級(jí)加工程序只執(zhí)行肉加工程序。依此類推。
3.2步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制技術(shù)
細(xì)分控制技術(shù)通過(guò)細(xì)分電路電源的軟件編程和脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的工作原理已介紹，細(xì)分控制技術(shù)關(guān)鍵是如何提供給細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路不同大小的參考電壓，也就是如何把合適的數(shù)據(jù)傳送給Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片ＤＡＣ０８３２的數(shù)據(jù)輸入端。
3.3溫度控制技術(shù)
防止高溫肉變質(zhì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度。為保持恒溫，采用了智能ＰＩＤ模糊控制，以溫度偏差值（溫度檢測(cè)值與給定值之差）ｅ和溫度偏差變化率△ｅ為智能ＰＩＤ模糊控制的輸入變量。根據(jù)ｅ和△ｅ的大小將其值進(jìn)行模糊化，均分成負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大共７個(gè)模糊狀態(tài)，然后采用模糊推理方法對(duì)比例系數(shù)ｋｐ、積分系數(shù)ｋＩ和微分系數(shù)ｋＤ這些ＰＩＤ參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的參數(shù)計(jì)算出錐形閥開啟度的變化量，從而確定調(diào)節(jié)閥門開度的步進(jìn)電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)。軟件編程中已存儲(chǔ)上不同大小的開啟度變化量所對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度與轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，通過(guò)查表程序查到的該電機(jī)的速度，再依據(jù)它計(jì)算每拍的時(shí)間，從而改變定時(shí)器的初始值，即改變了向Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片傳送不同數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間。
3.4乳化細(xì)度控制
對(duì)某一細(xì)度要求的乳化產(chǎn)品，為保證精度和提高效率，剛開始加工時(shí)錐形乳化頭與碗杯間隙調(diào)到最大（細(xì)度不同，最大值不同），絞龍電機(jī)和絞肉乳化電機(jī)速度由慢到快，沿一定的曲線調(diào)節(jié)，到一定的時(shí)間（轉(zhuǎn)動(dòng)一定步數(shù)）時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)錐形乳化頭與碗杯間隙調(diào)到中間值，絞龍電機(jī)和絞肉乳化電機(jī)速度調(diào)快的幅度增大，并沿某一曲線速度由慢到快，到一定的時(shí)間（轉(zhuǎn)動(dòng)一定步數(shù)）時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)錐形乳化頭與碗杯間隙調(diào)到最小，絞龍電機(jī)和絞肉乳化電機(jī)速度跟隨調(diào)快，直至滿足細(xì)度要求。各電動(dòng)機(jī)的速度主要取決于每拍的時(shí)間，每拍的時(shí)間靠定時(shí)器的軟件編程來(lái)改變，只要改變定時(shí)器的初始值，就可以方便地控制每拍的時(shí)間。
除此之外，鑒于錐形乳化頭與碗杯間隙大小是影響乳化精度的一個(gè)重要參數(shù)，筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，編制了多種乳化產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的最大、中間、最小間隙值的對(duì)應(yīng)表和查表程序，當(dāng)發(fā)現(xiàn)乳化精度不滿足要求時(shí)，隨時(shí)變更該表數(shù)值。
結(jié)束語(yǔ)
本控制系統(tǒng)以單片機(jī)控制技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了出骨、絞肉、乳化３種功能的有機(jī)結(jié)合，綜合應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在硬件中增加脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，并配合軟件提供細(xì)分電源，從而使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角減小，運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，精度高。軟件設(shè)計(jì)可根據(jù)需要方便地改變定時(shí)器的初始值，就可以方便地控制每拍的時(shí)間和改變各步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度。該系統(tǒng)較好地控制了各臺(tái)電動(dòng)機(jī)速度之間的聯(lián)鎖要求，實(shí)現(xiàn)了溫度、速度的智能化控制，實(shí)現(xiàn)了多種乳化細(xì)度的高精度控制。除此之外，當(dāng)乳化品種需增多時(shí)，可方便地改變軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的絞肉機(jī)方案詳情。如果您有絞肉機(jī)的電子功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語(yǔ)音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)等軟硬件設(shè)計(jì)。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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