烟草热塑膜包装机烘箱预警测温装置的设计与实现

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【摘要】目的：设计一种温度检测装置，用于烟草物流分拣线上的热塑膜包装机烘箱，以及时监控其内部温度变化，预警设备故障。方法：利用C8051F330单片机内部AD转换器采集PT100温度数据，由铂电阻温度计算公式将温度计算出来并通过串口传送给上位机，通过LabWindows/CVI显示实时温度变化曲线。结果：利用铂电阻温度传感器实现的测温装置设计完成，该装置兼具温度采集、监控和报警的功能。结论：设计完成的温度检测装置可成功应用于烟草物流分拣线上的热塑膜包装机烘箱，对烘箱内部温度变化和电阻元件故障实现监控和预警，提示工作人员及时检修。

【关键词】温度检测；热塑膜包装机；烘箱；C8051F330单片机；铂电阻

1.引言

在烟草物流工作中，包装机作为物流分拣设备的重要组成部分，是完成卷烟产品分类供给零售商的最后关卡。其主要作用是将各零售商家所需的已分拣好的卷烟组合成捆，并实现整体包装，是现代化物流不可或缺的高效装置。热收缩膜包装机因其包装效果直观大方，防伪、防磨、防串货，节约人工等优点，是烟草物流配送中心应用最为广泛的包装机类型[1-2]。

热收缩膜包装机烘箱中设置有导热管，由于导热管为易损件，当烘箱中的导热管大部分损坏而不能达到预计的温度值时，就会引发分拣设备停机。目前烟草包装机设备中烘箱加热采用多个加热元件，当损坏一根加热棒和多根加热棒时[3]，包装机温度控制参数的设置不能随着元件损坏个数或者损坏程度变化而发出相应指令，即“智能性”较差。鉴于以上原因，许多烟草物流配送中心迫切要求改进热收缩膜包装机，克服故障产生无预警而造成烟草分拣线瘫痪、骤停的现象，并进一步优化烘箱温度控制装置，实现温控“高精度”、“智能化”，确保包装机正常运行，提高分拣效率。

本文设计的温度检测装置，采用AD620高精度运算放大器组成三线制测温电路，充分利用C8051F330单片机内部AD和DA转换器，实现热塑膜包装机烘箱内部温度的采集、监控和报警。实验表明，该装置具有采集速率快，测量精度高，性能稳定，功耗低等优点，在实际应用中，得到了良好的测试效果。

2.温度检测系统结构设计

2.1 温度测量模块硬件设计

烘箱测温所需的硬件设备包括测温电路板，Pt100铂电阻温度传感器以及传感器连接线接口[4]，电路设备板机壳，两端为母头的交叉串口线，±5V，1A输出的开关电源以及～220V电源线，电源开关以及计算机。

温度变送器的硬件设计如图1所示，硬件系统由单片机，传感器测量电路，AD694变送电路构成。其中传感器测量电路由Pt100三线制测量电路构成，根据铂电阻阻值会跟随温度变化而改变的规律，采用高精度运算放大器AD620组成前置放大电路[5]，通过电桥将PT100阻值变化转换为电压变化，即产生随温度变化的，范围在0-3V的模拟电压信号，经过单片机内部10位AD转换器将模拟电压信号转换为数字量，其中AD转换器参考电压（VREF=3V）由外部参考电压芯片MAX6133-30提供，得到数字量后，根据前置电压放大倍数和铂电阻非线性计算公式[6]，递推出当前的温度值，然后通过串口将温度实时数据上传至PC机。由LabWindows/CVI设计监控界面，显示实时温度变化曲线并可以在软件界面设定温度报警上下限。

根据烘箱温度变化设计温度测量范围为0-145℃，测量精度可以达到±1℃以内。

如图2所示为系统连接示意图，计算机串口连接测温电路设备，其中需要配置计算机软件操作系统中串口的序号，由串口线连接测温电路设备，测温电路设备由电源开关，交流220V转±5V/1A直流输出的开关电源[7]，单片机三线制测温电路板组成，温度引线连接Pt100温度传感器。

2.2 温度测量模块软件设计

热电阻三线制测量部分软件设计主要完成10位AD转换和Pt100非线性温度值计算，采用C51语言，在keil4编译器上调试编译通过。

部分程序如下：

void ADC0_Init （void） //AD转换初始化程序

{

ADC0CN = 0x40； // ADC0 低功耗跟踪方式

// 向AD0BUSY写1时启动跟踪，持续3个SAR时钟后转换

REF0CN = 0x00； // 外部VREF作为基准电压， 内部偏压发生器工作

AMX0P = 0x03； // ADC正输入为P0.3

AMX0N = 0x11； // ADC负输入接地 ADC工作在单端方式

ADC0CF = 0x38； // ADC转换时钟为系统时钟的8分频 3.0625MHz

ADC0CF &= ～0x04； // ADC0H：ADC0L中的数据为右对齐

EIE1 &= ～0x08； // 结束ADC0转换

}

do

{

while （！AD0INT）； // 等待转换结束

AD0INT = 0； // 清转换标志位

currval=ADC0； // 储存转换结果

AD0BUSY = 1； // 开启转换

accumulator += currval；

i++； // 计数到512跳出

}

while （i ！= 512）；

vol =accumulator>>9； // 求采样平均值

lov = （（vol*VREF）/1024）-9； //lov为热电阻两端电压放大后的电压值xc=（lov/25.8）+272.727； //AD620同相输入端电压值

rt=（1000*xc）/（3000-xc）； //利用公式计算出Rt阻值

yy=sqrt（AAA+（（-2.32*rt）/100）+2.32）； //Pt100温度与电阻公式

tem=（yy-AA）*1000/（-1.16）； //计算温度值

3.上位机监控软件界面设计

测温电路板测量到的温度值通过串口发送至PC机，PC机监控软件通过设定timer控件将采样时间定为1秒，并且经过滤波程序后显示在人机交互界面上[8]，并且每10秒钟将温度值和对应时间保存在D盘文件夹“烘箱测温监控记录”中，格式为Excel，并且可从Excel文件中生成对应时间的历史温度曲线。

电源线和Pt100传感器连接线正确连接测温板，测温电路板在开启电源开关后即开始工作，打开人机交互界面，CVI软件程序即完成串口连接的程序。如图3为CVI软件串口通信程序流程图。

温度值实时显示在人机交互界面上，并且每十秒钟保存一次在D盘，文件夹“烘箱测温监控记录”中，格式为Excel，温度值的存储分别调用CVI软件中的EXCEL2000.fp库函数和EXCELREPORT.fp库函数[9]。

4.烘箱温度测量实验数据和结果

将设计完成的铂电阻三线制测温电路模块接入包装机烘箱加热系统中，如图5所示，并在计算机系统中启动监控软件。待包装机开始工作时，打开监控界面，在显示窗口可得到烘箱内部温度变化的曲线图，如图4所示。

实验结果表明，铂电阻三线制测温电路系统可实时准确地采集烘箱内部温度值，极大方便了工作人员监控烘箱升温速度及工作温度的稳定性，可进一步设计完善用于烟草包装机烘箱内部测温。

5.结论

该设计研发的烘箱预警测温装置，应用于烟草物流的卷烟分拣线[10]，可精准检测烘箱内部的温度以便进入烘箱的卷烟包装塑膜正常收缩，达到理想状态。该装置用于实时监测烘箱工作温度，使工作人员实时知晓烘箱工作状况[11-12]，并提前实施检修以防患于未然，在实际应用中，一方面防止设备在操作人员不知情的情况下继续工作而造成严重故障（导热管大部分损坏），另一方面避免发生因烟草包装机烘箱损坏造成分拣线整条线路被迫停机的现象，减少停产损失。

参考文献

[1]张有良.热收缩膜包装机的电气控制[J].饮料工业，2002，5（6）：44-47.

[2]柳峰，徐冬梅.塑料热收缩膜的发展[J].包装工程，2008，29（3）：213-218.

[3]庞清乐，孙同景，秦伟刚.基于C8051F330单片机的多路温湿度测控系统[J].微计算机信息，2004，20（4）：51-52.

[4]周玉昆，唐建，张绍友.基于C8051F330的温度信息采集器[J].测控技术，2006，25（2）：78-79.

[5]李朝青.单片机技术[M].北京航空航天大学出版社，1997，12-15.

[6]张志良等编.单片机原理与控制技术[M].北京：机械电子工业出版社，2001，142-144.

[7]徐仁贵主编.微型计算机接口技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2001，67.

[8]周航慈等编.单片机原理及应用设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001，81-82.

[9]肖栋军，张军峰，赵志强等.电气控制系统电磁干扰及抑制策略[J].电气传动与自动化，2012，34（2）：13-15.

[10]马宁，孔红.S7-300PLC和MM440变频器的原理及应用[M].机械工业出版社，2006，3-19.

[11]杨晓君.YB47包装机涂胶器啮合检测相位测量装置的设计应用[J].烟草科技，2013，1（306）：28-30.

[12]李少平，王秋领，范磊等.梗丝低速气流干燥设备的设计与应用[J].烟草科技，2012，12（305）：22-24.