陳愷亮

(江蘇省句容市華聯(lián)特種設(shè)備制造有限公司，江蘇 句容 212400)

目前，在大部分企業(yè)中，數(shù)控技術(shù)已得到了普遍的應(yīng)用，在生產(chǎn)的過程中，由于自動化程度的提高，工人的勞動強(qiáng)度逐漸降低，簡單重復(fù)勞動所占有的時(shí)間變長，在生產(chǎn)的過程中更容易發(fā)生注意力轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。在這種情況下，工傷事故發(fā)生的可能性變大。而目前的生產(chǎn)安全保護(hù)裝置主要為銘牌警示，位置警報(bào)和緊急停車等，這些裝置對于防止工人因長時(shí)間工作而產(chǎn)生的注意力轉(zhuǎn)移所而造成的事故作用不大。本研究利用紅外邊沿檢測技術(shù)，研制出一種基于單片機(jī)的機(jī)械加工保護(hù)裝置。

1 功能與控制原理

本研究采用紅外線發(fā)總接收分體陣列，紅外接近傳感器作為對禁止區(qū)域，危險(xiǎn)區(qū)域的檢測元件，通過對模塊所產(chǎn)生信號的調(diào)制與分析，將信號與設(shè)定的值進(jìn)行比較作出當(dāng)前操作是否含有潛在的危險(xiǎn)。如果有危險(xiǎn)則根據(jù)規(guī)則停止相關(guān)設(shè)備或發(fā)出警報(bào)，否則允許設(shè)備繼續(xù)按照當(dāng)前的模式繼續(xù)運(yùn)行。

系統(tǒng)的核心處理裝置為Atmega128 單片機(jī)，該芯片有豐富的片內(nèi)資源:它帶有8 路10位的AD 轉(zhuǎn)換器，128K 的FLASH 程序存儲空間，4K 的RAM 數(shù)據(jù)存儲空間，4K 的EEPROM 掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲空間，可通過SPI 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，高級語言編程采用功能強(qiáng)大且高效率的GCC 編譯器和GDB 調(diào)試器，從而使得處理器指令和數(shù)據(jù)并行，大大提高了處理效率。

整個(gè)系統(tǒng)的檢測區(qū)域可以分為禁止區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域，禁止區(qū)域?yàn)樵诩庸み^程中必然發(fā)生危險(xiǎn)的地方，而危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)樵诩庸み^程中可能發(fā)生危險(xiǎn)的地方。一般情況下在機(jī)械加工的過程中，禁止區(qū)域比較小，而危險(xiǎn)區(qū)域相對較大，所以在禁止區(qū)域中使用分體式紅外檢測裝置，形成網(wǎng)狀檢測區(qū)域，在危險(xiǎn)區(qū)域使用紅外入侵探測傳感器。生產(chǎn)過程中生產(chǎn)現(xiàn)場的適時(shí)信號由紅外傳感器提供。

系統(tǒng)的啟停裝置由運(yùn)動監(jiān)控裝置或啟動開關(guān)組成，當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備主要運(yùn)動裝置啟動后，有運(yùn)動檢測裝置檢測出系統(tǒng)的啟動，整個(gè)系統(tǒng)即對各區(qū)域的安全狀況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)系統(tǒng)檢測到所有運(yùn)動裝置均處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。

系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為聲光報(bào)警器，系統(tǒng)急停裝置，當(dāng)禁止區(qū)域中發(fā)現(xiàn)入侵時(shí)，啟動系統(tǒng)急停按鈕，當(dāng)危險(xiǎn)區(qū)域中發(fā)生入侵時(shí)采用聲光報(bào)警系統(tǒng)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件主要包括數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)處理單元，系統(tǒng)執(zhí)行單元及系統(tǒng)保護(hù)單元等。

2.1 數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元在禁止區(qū)域中采用的是分體式紅外發(fā)送和接收裝置，如圖 1，用 A，B 兩板的交錯來控制紅外裝置的敏感度，A，B 兩板的交錯性越大，紅外裝置發(fā)送和接受器的角度越小，靈敏度越低。放大電路采用AD623 和CA3140 進(jìn)行兩級放大，提高信號質(zhì)量，根據(jù)不同情況，系統(tǒng)的檢測間隔可在0.01秒-2秒內(nèi)調(diào)節(jié)。

危險(xiǎn)區(qū)域檢測單元采用紅外接近傳感器檢測模塊，核心處理器為BISS0001,該模塊最大檢測角140度，感應(yīng)距離7-8米，反應(yīng)時(shí)間為0.7秒。

2.2 數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)的核心處理裝置為Atmega128單片機(jī)，它帶有8路10位的AD轉(zhuǎn)換器，6路用于對紅外整列的型號強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測，2 路用于機(jī)床主要運(yùn)動該設(shè)備的主運(yùn)動進(jìn)行檢測。雙路信號比較器用于檢測兩路機(jī)床開關(guān)，4K的EEPROM 掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲空間主要用于存儲系統(tǒng)設(shè)置，保存每一次重要報(bào)警數(shù)據(jù)，另外Atmega128具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信能力，在本研究中，通過485接口很容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場安全的整體監(jiān)測。

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括系統(tǒng)啟停開關(guān)，系統(tǒng)對事件的處理機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)啟停開關(guān)由兩部分組成，分別是機(jī)器開關(guān)和關(guān)鍵運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動檢測器，機(jī)器開關(guān)直接由機(jī)器的啟動開關(guān)引出經(jīng)電壓調(diào)制后進(jìn)入單片機(jī)。運(yùn)動檢測模塊由JMDM-120DIOADD 運(yùn)動編碼器和相關(guān)外部元件組成，JMDM-120DIOADD 是深圳市精敏數(shù)字機(jī)器有限公司自主研發(fā)的一款工業(yè)級高性能小型可編程兩軸運(yùn)動控制器，經(jīng)外部調(diào)制后可測范圍為20-6000rpm。系統(tǒng)對事件的處理機(jī)構(gòu)通過繼電器直接連入系統(tǒng)急停開關(guān)或聲光報(bào)警器。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括初始化程序，采樣程序，事件處理程序，濾波程序，通信程序等。程序在機(jī)床接通電源時(shí)即開始工作。系統(tǒng)的工作流程圖3。

4 結(jié)束語

本文提出了一種利用單片機(jī)為核心，利用紅外整列進(jìn)行探測的工業(yè)生產(chǎn)防護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)了利用聲光，急停等方法降低工業(yè)生產(chǎn)中工人的意外傷害的幾率。該裝置安裝方便，適合在不同的機(jī)床，桁架，吊橋等生產(chǎn)現(xiàn)場使用，且裝置的各項(xiàng)配置價(jià)格較低，適合推廣。

[1]姜曉勇,倪敬,劉開元,項(xiàng)占琴.基于單片機(jī)的塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].機(jī)電工程，2001，(5)

[2]戶永清.基于單片機(jī)的CAN 總線結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].內(nèi)蒙古示范大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，(9).

[3]張玉杰，鄭晨升.拉絲?？仔蜏y量儀的研制[J].冶金自動化，2005，(1).