李琳

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450015）

1 概述

我國十二五電網(wǎng)發(fā)展的總體目標，到2015年，建成堅強的西北、東北送端電網(wǎng)和三華特高壓受端電網(wǎng)，電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力大幅提高?；拘纬芍悄茈娋W(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破。電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)模和發(fā)展方式的重大改變，都將給行業(yè)帶來巨大的市場需求和創(chuàng)新空間。未來10年，我國線纜行業(yè)發(fā)展速度將會以高于GDP的速度發(fā)展，達到8%-10%及以上。

隨著線纜纜的需求量增大，簡單易行線纜的測量成為供方和需方的一個需要解決的實際問題。光電側(cè)米計量系統(tǒng)是一種有效的測量電線、電纜長度的新型系統(tǒng)，它能在電線、電纜的生產(chǎn)線和復(fù)繞狀態(tài)下對電線、電纜進行有效的長度測量和定長控制，從而實現(xiàn)電線、電纜的高精度測量和控制。光電米測試儀作為一種有效的高精度的計量儀表，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電線、電纜，工礦企業(yè)、紡織，影印，印染，皮革綢緞，布匹，鋼材，塑料薄膜，地毯制作等行業(yè)，是一種適合與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的新型測量設(shè)備。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計思路是開關(guān)機按鈕、增加、減少、單位長度光電傳感器采用反射式光電開關(guān)電路，為了提高光電開關(guān)對環(huán)境雜散光的抗干擾性能，利用調(diào)制技術(shù)對光電開關(guān)電路的電源進行500Hz頻率調(diào)制，使得這些電路工作時的狀態(tài)受到功能信號和調(diào)制信號的二維約束，實現(xiàn)功能電路性能的唯一性的同時，又提高了它的抗干擾能力和實用性；500Hz調(diào)制信號由單片機提供，工作時，功能信號傳送給單片機，它根據(jù)增加和減少的預(yù)置測試長度進行數(shù)字顯示，并驅(qū)動吐線電機轉(zhuǎn)動吐線，數(shù)字顯示數(shù)字開始遞減，當吐線長度等于原預(yù)置長度時，吐線電機停轉(zhuǎn)，單片機輸出信號驅(qū)動電剪剪斷線體，同時發(fā)出“滴滴”聲告知完成。

3 系統(tǒng)電路設(shè)計

電源電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)電路正常工作所需的額定電源電壓分析后進行優(yōu)化進行分析可知，CPU電源和周邊電路采用5VDC電流300mADC，負載電源采用24VDC/300MA，根據(jù)以上分析，選用AC/DC電源模塊LH20-10D0524-03，特點是220V/50Hz供電，兩路直流輸出5VDC/24VDC,若該產(chǎn)品采用直流24CDC供電時可選擇兩套方案，其電源電路可選擇DC/DC電源模塊PWB4805LT-1W5；電路原理圖如圖4。(5)

圖4 24VDC供電電路原理圖

圖中U1光電開關(guān)單元電路用于開機/待機功能控制電路，ajkonzhi2端子單片機輸入500Hz信號驅(qū)動光電開關(guān)器件U1發(fā)光二極管，使他產(chǎn)生發(fā)射一個光脈沖串，當反射物體置于光電開關(guān)器件U1上方合適位置時，光脈沖串經(jīng)反射物體將光反射給U1光電三極管轉(zhuǎn)換成功能控制電信號傳送給CPU,同理，U2(加)、U3(減)、U4(線單位長度脈沖發(fā)生電路)的工作原理類同，其目的是為了避免電器開關(guān)易磨損和產(chǎn)生干擾。電路參數(shù)計算，由于電路單元電路的類同性，所以以U1、Q1、Q17組成的單元電路為設(shè)計目標，計算如下，根據(jù)光電開關(guān)電路U1的發(fā)光二極管、R5、Q17的集電極、發(fā)射機構(gòu)成的回路列KVL方程，已知條件：該支路工作在數(shù)字開關(guān)狀態(tài)，電源電壓5V,支路電流10mA（由光電開關(guān)器件的參數(shù)決定，并設(shè)光電開關(guān)器件的發(fā)光二極管的工作電壓為VF），R5 電路參數(shù)由下（1）、（2）計算；

R5=（5V-VCES-VF）/10Ma=(5V-0.5V-1.3V)/10Ma=32Ω(1)

P(功率)=（10mA）2R5=0.032mW(2)

電阻功率取安全系數(shù)為5，則PR=0.16mW；取標稱值R5=300R(1/16W)。

若選擇光電開關(guān)器件中的BJT集電極電流為IC=0.5mA,則有以下（3）式?jīng)Q定，

R6=(5V－VCES)/0.3mA=（5V－0.5V）/0.3mA=15kΩ (3)

取標稱值R6=15kΩ(1/16W)。

R53計算條件是IC=10mA，Q17的β值為250，輸入電壓脈沖幅值等于5V，則R53值由下式（4）決定，

取標稱值R53=100kΩ(1/16W)。

R13是Q1的偏置電阻，其電路參數(shù)計算由（5）式?jīng)Q定，

R13 =(VU1CE－VBEU1)/0.3mA/βQ1=208kΩ

上式中VU1CE=1V,是由于光電開關(guān)元件的光電三極管暴露在雜散光下產(chǎn)生一個光電流形成的UU1CE=1V,所以VU1C=1V,取標稱值R13=200K/1/16W。

同理R1=10KΩ/1/16W。其中C1是一個加速電容，它是為了提高電路的反應(yīng)速度而設(shè)定的，其原理是電路穩(wěn)態(tài)時C1不起作用，當他的兩端電位突然變化時，將產(chǎn)生一個階躍電流，加速Q(mào)1BJT的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，達到提高開關(guān)速度的目的。

圖中 CPU選擇 STC12C5A40S2，選擇12MHz時鐘，顯示電路采用3位半LED字段共陰極顯示模塊，采用掃描式驅(qū)動方式；功能操作采用LED顯示，供用戶確定操作狀態(tài)。其蜂鳴器供操作者確定參考狀態(tài)。

4 系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計

系統(tǒng)電路的直流電機和步進電機的驅(qū)動電路，它采用隔離電路U5、U5、U7、U11 光電隔離器進行負載與CPU之間的電隔離，防止負載意外狀態(tài)負載24V高壓CPU的損害，提高系統(tǒng)穩(wěn)定的可靠性。電機驅(qū)動電路采用專用芯片LV8731V,特點：它是一個全橋式功率驅(qū)動芯片，體積小，效率高，它可以驅(qū)動直流電機又可驅(qū)動步進電機，并且功能選擇多樣化，控制功能端數(shù)量少，工作效率高，給設(shè)計提高了方便。PCB電路板選擇雙層電路板布局，采用貼片元件來提高元件布置密度，同時要求全工藝制板。

總結(jié)

光電側(cè)米計量在電線、電纜的生產(chǎn)線和復(fù)繞狀態(tài)下對電線、電纜進行有效的長度測量和定長控制，從而實現(xiàn)電線、電纜的高精度測量和控制，對于測量電線、電纜長度有著快捷、準確、低成本等特點，系統(tǒng)目前還處于市場初試階段，一些細節(jié)的應(yīng)用，還需要進一步研究。

[1]李照青.單機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1999.3.

[2]馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2003.1.13.

[3]張石.微控制器原理及接口技術(shù)實驗教程[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2004.1.