摘 要

為了實現(xiàn)在灌裝流水線生產(chǎn)過程中，對投入空罐灌裝出成品的比率進行檢測和成本計算，設(shè)計了一套基于單片機的成品率計算裝置。該裝置以STM32單片機為核心，以紅外對射管為傳感器，分別檢測空罐和成品個數(shù)，并上傳至工控主機計算成品率。實驗結(jié)果表明，該計算裝置安裝工作穩(wěn)定，維護方便，運行可靠，具備較高的推廣和應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】STM32單片機 紅外對管 計算裝置

灌裝生產(chǎn)流水線日產(chǎn)成品幾十萬罐，為了能夠及時掌握空罐的破損率、日產(chǎn)量等指標，更進一步的節(jié)約成本，需要在灌裝生產(chǎn)線的部分環(huán)節(jié)上安裝計數(shù)器；每當罐子通過計數(shù)器時，就會被計數(shù)傳感器檢測到，相應(yīng)的罐數(shù)自動加1。本文就此提出了以STM32單片機為控制核心，紅外發(fā)射端與接收端相對安裝作為技術(shù)傳感器；以間斷脈沖檢測方式檢測罐子是否通過，進而進行計數(shù)；并將計數(shù)結(jié)果傳輸給工控機匯總，計算罐的破損率、日產(chǎn)量等指標。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

灌裝生產(chǎn)線成品率計算裝置是以STM32F103單片機為控制核心，由兩個工業(yè)級紅外對射傳感器分別對空罐、成品罐進行計數(shù)。當罐體通過發(fā)射管和接收管之間時，罐體將擋住發(fā)射管發(fā)出的紅外脈沖，接收管接收不到（或接受的脈沖數(shù)與反射的脈沖數(shù)不相符）相應(yīng)的紅外脈沖，單片機相應(yīng)計數(shù)加1。本設(shè)計采用間斷紅外脈沖方式檢測罐體，紅外發(fā)射管發(fā)射紅外間斷脈沖序列，單片機捕獲紅外接收管接收到的紅外序列，將其與發(fā)射的脈沖序列作比較，判斷是否有罐體通過。這種方法簡單可靠，能夠有效的防止漏檢、誤撿。單片機將兩部分計得的數(shù)據(jù)經(jīng)過變換電路將數(shù)據(jù)傳入工控機，工控機將數(shù)據(jù)匯總計算，得到破損率、日產(chǎn)量等指標。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 模塊分析

2.1 控制核心

本次設(shè)計選用增強型的STM32F103RET6單片機。它具有很多難以比擬的優(yōu)點：本設(shè)計中要求時鐘有較高的頻率，將系統(tǒng)時鐘頻率設(shè)置高達72 MHz；內(nèi)部有512 KB閃存程序存儲器和64 KBSRAM，為程序的存儲、運行提供了良好的環(huán)境。設(shè)計中用2個定時器定時調(diào)度程序，計數(shù)發(fā)送脈沖。用DMA控制器搬運大量的數(shù)據(jù)，不但傳輸數(shù)據(jù)速度快并且節(jié)省CPU的資源，使程序運行更加的流暢。在接受紅外脈沖時用到了單片機的捕獲功能，輸入捕獲定時器由一個可編程預(yù)分頻的16位自動裝載計數(shù)器構(gòu)成，計數(shù)頻率高達72 MHz，使檢測脈沖數(shù)更加可靠。單片機通過UART接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給變換器，上傳給上位機。

2.2 紅外對射傳感器

本設(shè)計所用的紅外線對射傳感器用的是接近可見光波長的近紅外線。紅外對管在檢測到物體時，信號變換的邊緣容易出現(xiàn)抖動，容易使單片機發(fā)生誤判；有鑒于此，本設(shè)計在檢測物體計數(shù)的時候采用脈沖檢測方式；讓紅外發(fā)射管發(fā)射38KHZ的方波信號，每次發(fā)射20個方波，每秒鐘發(fā)射100次；讓接受管接到單片機的捕獲引腳，捕獲脈沖的個數(shù)，如果捕獲的脈沖個數(shù)和發(fā)射的脈沖個數(shù)相等，說明沒有罐子通過，如果一個也捕獲不到說明有罐子正好在發(fā)射管與接收管之間；如果捕獲的脈沖個數(shù)不是20個，就說明在罐子的邊緣，或有干擾。設(shè)計參數(shù)可以根據(jù)罐子的直徑、傳輸速度適當調(diào)整，從而達到更好的效果。

3 單片機軟件流程

系統(tǒng)啟動后；首先對各部分的緩沖數(shù)據(jù)清零，然后校對兩個傳感器是否接受正常；如果不正常，循環(huán)校對，并且向上位發(fā)送錯誤碼表示傳感器錯誤；校驗正確將向上位機返回校驗成功碼。然后上位機會標記本次開始工作的時間，以供日后查詢。開始計數(shù)后，單片機每次計數(shù)成功后都將向上位機發(fā)送計數(shù)值，上位機將得到的計數(shù)值和收到計數(shù)值的時間記錄下來，存入數(shù)據(jù)庫，以便做進一步運算。如果在計數(shù)的過程中出現(xiàn)長時間的檢測到罐子，或者長時間接受不全脈沖數(shù)，裝置將會返回計數(shù)錯誤碼，上位機將發(fā)出警報。

4 結(jié)論

本設(shè)計系統(tǒng)是通過紅外對射傳感器檢測投入空罐和成品罐計數(shù)，并且將數(shù)據(jù)通過變換電路將數(shù)據(jù)傳輸給工控機；在工控機上設(shè)計了以VB6.0作為開發(fā)平臺的應(yīng)用軟件；軟件將接受到的數(shù)據(jù)，分類匯總計算，得出更為直觀的數(shù)據(jù)，以供決策者更好的分析生產(chǎn)產(chǎn)品的供應(yīng)關(guān)系；也為更好的成本計算提供了有力的數(shù)據(jù)。

實驗證明該裝置結(jié)構(gòu)簡單、計量精度高、靈活可靠、性能價格比高，是一種很實用的設(shè)備，可用于工農(nóng)業(yè)設(shè)備或流水線上對產(chǎn)量或流量進行統(tǒng)計計數(shù)，很適合于進一步推廣應(yīng)用，具有很高的商業(yè)應(yīng)用價值和市場競爭力。

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作者簡介

侯蕊（1982-），女，研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向為智能電氣系統(tǒng)設(shè)計。

作者單位

秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北省秦皇島市 066100