摘 要

為了實(shí)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(jìn)行檢測和成本計(jì)算，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的成品率計(jì)算裝置。該裝置以STM32單片機(jī)為核心，以紅外對射管為傳感器，分別檢測空罐和成品個(gè)數(shù)，并上傳至工控主機(jī)計(jì)算成品率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該計(jì)算裝置安裝工作穩(wěn)定，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，具備較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】STM32單片機(jī) 紅外對管 計(jì)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(shí)掌握空罐的破損率、日產(chǎn)量等指標(biāo)，更進(jìn)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(jì)數(shù)器；每當(dāng)罐子通過計(jì)數(shù)器時(shí)，就會被計(jì)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(jī)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(jìn)而進(jìn)行計(jì)數(shù)；并將計(jì)數(shù)結(jié)果傳輸給工控機(jī)匯總，計(jì)算罐的破損率、日產(chǎn)量等指標(biāo)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

灌裝生產(chǎn)線成品率計(jì)算裝置是以STM32F103單片機(jī)為控制核心，由兩個(gè)工業(yè)級紅外對射傳感器分別對空罐、成品罐進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)罐體通過發(fā)射管和接收管之間時(shí)，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(jī)相應(yīng)計(jì)數(shù)加1。本設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)將兩部分計(jì)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過變換電路將數(shù)據(jù)傳入工控機(jī)，工控機(jī)將數(shù)據(jù)匯總計(jì)算，得到破損率、日產(chǎn)量等指標(biāo)。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(jì)選用增強(qiáng)型的STM32F103RET6單片機(jī)。它具有很多難以比擬的優(yōu)點(diǎn)：本設(shè)計(jì)中要求時(shí)鐘有較高的頻率，將系統(tǒng)時(shí)鐘頻率設(shè)置高達(dá)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(yùn)行提供了良好的環(huán)境。設(shè)計(jì)中用2個(gè)定時(shí)器定時(shí)調(diào)度程序，計(jì)數(shù)發(fā)送脈沖。用DMA控制器搬運(yùn)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(yùn)行更加的流暢。在接受紅外脈沖時(shí)用到了單片機(jī)的捕獲功能，輸入捕獲定時(shí)器由一個(gè)可編程預(yù)分頻的16位自動裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)頻率高達(dá)72 MHz，使檢測脈沖數(shù)更加可靠。單片機(jī)通過UART接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給變換器，上傳給上位機(jī)。

2.2 紅外對射傳感器

本設(shè)計(jì)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(shí)，信號變換的邊緣容易出現(xiàn)抖動，容易使單片機(jī)發(fā)生誤判；有鑒于此，本設(shè)計(jì)在檢測物體計(jì)數(shù)的時(shí)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(gè)方波，每秒鐘發(fā)射100次；讓接受管接到單片機(jī)的捕獲引腳，捕獲脈沖的個(gè)數(shù)，如果捕獲的脈沖個(gè)數(shù)和發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)相等，說明沒有罐子通過，如果一個(gè)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(gè)數(shù)不是20個(gè)，就說明在罐子的邊緣，或有干擾。設(shè)計(jì)參數(shù)可以根據(jù)罐子的直徑、傳輸速度適當(dāng)調(diào)整，從而達(dá)到更好的效果。

3 單片機(jī)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(gè)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(yàn)正確將向上位機(jī)返回校驗(yàn)成功碼。然后上位機(jī)會標(biāo)記本次開始工作的時(shí)間，以供日后查詢。開始計(jì)數(shù)后，單片機(jī)每次計(jì)數(shù)成功后都將向上位機(jī)發(fā)送計(jì)數(shù)值，上位機(jī)將得到的計(jì)數(shù)值和收到計(jì)數(shù)值的時(shí)間記錄下來，存入數(shù)據(jù)庫，以便做進(jìn)一步運(yùn)算。如果在計(jì)數(shù)的過程中出現(xiàn)長時(shí)間的檢測到罐子，或者長時(shí)間接受不全脈沖數(shù)，裝置將會返回計(jì)數(shù)錯誤碼，上位機(jī)將發(fā)出警報(bào)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是通過紅外對射傳感器檢測投入空罐和成品罐計(jì)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(jī)；在工控機(jī)上設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算提供了有力的數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)證明該裝置結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)量精度高、靈活可靠、性能價(jià)格比高，是一種很實(shí)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，很適合于進(jìn)一步推廣應(yīng)用，具有很高的商業(yè)應(yīng)用價(jià)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。現(xiàn)為秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)橹悄茈姎庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者單位

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