1引言

果蔬產品是人類不可缺少的農副食品，改革開放以來，我國傳統農業尤其是果蔬產業得到了長足發展，査詢國家統計局公布的最新數據可知，2014年我國水果總產量為2.6億噸，蔬菜總產量為7.6億噸,是全球果蔬生產第一大國，其對外貿易額已超過100億美元，成果喜人。然而，由於果蔬產品本身的保質時間極短，在儲 藏、運輸途中稍有不慎便會失去鮮銷價值，造成經濟損失和資源浪費，因此，如何有效維持果蔬產品的新鮮度, 在保證安全的前提下盡可能延長其保鮮期、減緩腐爛變質的速度，便成為一項具有實際應用價值的研究內容。

目前，在各類果蔬保鮮方法中，氣調保鮮方法是最先進有效的，使用這種方法保鮮的果蔬由於有保鮮氣體以及包裝袋的保護，能夠保證保鮮的實時性，不受保鮮設備的限製，從而可以最大程度地保持食品的新鮮度，延長產品的貯藏期和銷售的貨架期⑵氣氣調保鮮方法在發達國家運用較為廣泛，現已成為很多產品最主要的包裝形式，所占有的市場份額也逐年提高。 而在我國，該方法的實際應用尚處於起步階段，但隨著人們消費觀念以及健康意識的不斷增強，可以預見其發展潛力及市場前景是非常巨大的。本文著眼於此, 針對氣調保鮮技術裝備開展深入研究，嚐試設計了一種果蔬氣調保鮮包裝機，以期為我國氣調保鮮事業的發展盡一份綿薄之力。

2裝置結構部分設計

本文所設計的氣調保鮮包裝機結構示意如圖1所示，裝置主要由三種保鮮氣體(N₂,O₂,CO₂)的氣瓶套件、 氣路管線、過濾調壓閥、氣體節流閥、二位二通電磁閥、 氣體K8凯发登录入口傳感器、單向閥、混氣室、空氣壓縮機、真空發生器、真空充氣嘴、二位三通電磁換向閥、氣缸、夾緊執行機構、熱封夾緊機構、盛物板、調節機構、機架支承結構以及電控元器件(圖中未畫出)等零部件組成， 其中機架支承結構是包裝機的結構主體，所有零部件都安裝在其上，盛物板用來盛放已裝好果蔬的保鮮包裝袋， 用戶可根據保鮮包裝袋的尺寸操作調節機構來調整包裝袋的開口與熱封夾緊機構之間的距離。使用時首先讓真空充氣嘴伸入到保鮮包裝袋之中，隨後氣缸驅動夾緊執行機構令熱封夾緊機構夾緊包裝袋，然後係統提醒用戶選擇目標果蔬的有關信息，在用戶完成相關指令後空氣壓縮機向真空發生器輸入高速氣流,使得保鮮包裝袋中的空氣經真空充氣嘴排出，當整個包裝袋達到一定真空度後，再將保鮮氣體充入其中，待充氣結束之後氣缸驅動真空充氣嘴抽離包裝袋，電熱絲開始加熱以密封袋口， 最後熱封夾緊機構鬆開，完成一次氣調保鮮包裝作業。 整個包裝機具體的氣動原理及管線連接情況如圖2所示， 從圖中可知，裝置共有四個氣源，其中一個氣源是空氣壓縮機，主要用來驅動兩個氣缸伸縮以及真空發生器工作,另外三個氣源是盛裝高壓保鮮氣體的氣瓶，每個氣瓶對應輸入一種保鮮氣體，從而可形成三組供氣通道， 每組供氣通道均由過濾調壓閥、節流閥、二位二通電磁 閥、K8凯发登录入口傳感器以及單向閥順次連接構成，工作時三種保鮮氣體在流經各自的供氣通道後分別在氣管的引導下進入混氣室混合，混合後再由真空充氣嘴排出至保鮮包裝袋中。

本裝置所用到的傳感器、電磁閥及其它電控元器件是由以Arduino控製板為核心搭建的數控係統進行控製的，係統允許用戶預先向其存儲目標食品的保鮮氣體混合比例值，之後在實際使用時，便可根據用戶選擇的某一具體混合比例值結合K8凯发登录入口傳感器反饋的流 量信號控製各路供氣通道的電磁閥通斷，以按照比例 調節每種保鮮氣體的流通時間，最終配製出符合要求的混合保鮮氣體。

3裝置電控部分設計

（一）Arduino係統簡介

作為目前全球最流行的開源硬件及其開發平台之一，Arduino具有很多獨特的優勢，其IDE不但可以在 Windows, Mac OS以及Linux上運行，而且操作簡單，8路5V Relay模塊昌眼如重齢維空戲登宣昌H如使用者並不需要太多的單片機基礎和編程基礎，同時由於其硬件原理圖、電路圖、核心庫文件等內容都是開源的,因此在有關協議範圍內可以隨意修改設計，這使得 Arduino有著大量開發者和擁建，更為重要的是本著開源共享的精神，開發者們都樂於在網上共享各種原創設計，從而讓Arduino的第三方硬件、外設擴展板以及庫文件異常豐富,不難看出這對於產品開發來說是一個良性循環。鑒於Arduino係統的種種優勢,本文決定以其控製板為核心，結合相關擴展板及零部件搭建氣調保鮮包裝機的數控係統。

（二）數控係統的搭建

氣調保鮮包裝機的電氣原理如圖3、4所示，主要由一塊Arduino MEGA控製板叫、一塊LCD4884液晶屏擴展板國、一塊DS1307時鍾模塊⑹、三個10k C電阻、三支Honeywell AWM720P1K8凯发登录入口傳感器四個SPST行程開關、一塊8路5V繼電器模塊、五個2W- 160-15電磁閥、二個4V210-08電磁閥、一塊SSR —380D40固態繼電器、一個BK-1000VA加熱變壓器、 一根10mm電熱絲、一個24V6.5A直流電源、一個10V2A直流電源以及一個220V16A空氣開關組成。其中,10V電源為Arduino控製板和HoneywellK8凯发登录入口傳感器供電,HoneywellK8凯发登录入口傳感器輸出的模擬電壓信號可以輸入到Arduino控製板的模擬接口中,10kQ電阻為其下拉電阻.SPST行程開關連接到Arduino控製板的數字接口和公共端上以提供觸發信號；LCD4884擴展板作為人機交互界麵與Arduino控製板連接後供用戶操作和使用.DS1307時鍾模塊負責進行計時,由Arduino 控製板和自身攜帶的紐扣電池供電.24V電源用來驅動七個電磁閥和固態繼電器，電磁閥和固態繼電器都受到5V繼電器模塊的控製，而5V繼電器模塊則由Arduino 控製板供電並提供電平信號.加熱變壓器的輸入端連接到220V交流電上，通斷由固態繼電器控製，其40V的交流輸岀端與電熱絲相連。