基于单片机的灌装生产线成品率计算装置设计

摘 要

为了实现在灌装流水线生产过程中，对投入空罐灌装出成品的比率进行检测和成本计算，设计了一套基于单片机的成品率计算装置。该装置以STM32单片机为核心，以红外对射管为传感器，分别检测空罐和成品个数，并上传至工控主机计算成品率。实验结果表明，该计算装置安装工作稳定，维护方便，运行可靠，具备较高的推广和应用价值。

【关键词】STM32单片机 红外对管 计算装置

灌装生产流水线日产成品几十万罐，为了能够及时掌握空罐的破损率、日产量等指标，更进一步的节约成本，需要在灌装生产线的部分环节上安装计数器；每当罐子通过计数器时，就会被计数传感器检测到，相应的罐数自动加1。本文就此提出了以STM32单片机为控制核心，红外发射端与接收端相对安装作为技术传感器；以间断脉冲检测方式检测罐子是否通过，进而进行计数；并将计数结果传输给工控机汇总，计算罐的破损率、日产量等指标。

1 系统总体设计

灌装生产线成品率计算装置是以STM32F103单片机为控制核心，由两个工业级红外对射传感器分别对空罐、成品罐进行计数。当罐体通过发射管和接收管之间时，罐体将挡住发射管发出的红外脉冲，接收管接收不到（或接受的脉冲数与反射的脉冲数不相符）相应的红外脉冲，单片机相应计数加1。本设计采用间断红外脉冲方式检测罐体，红外发射管发射红外间断脉冲序列，单片机捕获红外接收管接收到的红外序列，将其与发射的脉冲序列作比较，判断是否有罐体通过。这种方法简单可靠，能够有效的防止漏检、误捡。单片机将两部分计得的数据经过变换电路将数据传入工控机，工控机将数据汇总计算，得到破损率、日产量等指标。系统总体框图如图1所示。

2 模块分析

2.1 控制核心

本次设计选用增强型的STM32F103RET6单片机。它具有很多难以比拟的优点：本设计中要求时钟有较高的频率，将系统时钟频率设置高达72 MHz；内部有512 KB闪存程序存储器和64 KBSRAM，为程序的存储、运行提供了良好的环境。设计中用2个定时器定时调度程序，计数发送脉冲。用DMA控制器搬运大量的数据，不但传输数据速度快并且节省CPU的资源，使程序运行更加的流畅。在接受红外脉冲时用到了单片机的捕获功能，输入捕获定时器由一个可编程预分频的16位自动装载计数器构成，计数频率高达72 MHz，使检测脉冲数更加可靠。单片机通过UART接口将数据发送给变换器，上传给上位机。

2.2 红外对射传感器

本设计所用的红外线对射传感器用的是接近可见光波长的近红外线。红外对管在检测到物体时，信号变换的边缘容易出现抖动，容易使单片机发生误判；有鉴于此，本设计在检测物体计数的时候采用脉冲检测方式；让红外发射管发射38KHZ的方波信号，每次发射20个方波，每秒钟发射100次；让接受管接到单片机的捕获引脚，捕获脉冲的个数，如果捕获的脉冲个数和发射的脉冲个数相等，说明没有罐子通过，如果一个也捕获不到说明有罐子正好在发射管与接收管之间；如果捕获的脉冲个数不是20个，就说明在罐子的边缘，或有干扰。设计参数可以根据罐子的直径、传输速度适当调整，从而达到更好的效果。

3 单片机软件流程

系统启动后；首先对各部分的缓冲数据清零，然后校对两个传感器是否接受正常；如果不正常，循环校对，并且向上位发送错误码表示传感器错误；校验正确将向上位机返回校验成功码。然后上位机会标记本次开始工作的时间，以供日后查询。开始计数后，单片机每次计数成功后都将向上位机发送计数值，上位机将得到的计数值和收到计数值的时间记录下来，存入数据库，以便做进一步运算。如果在计数的过程中出现长时间的检测到罐子，或者长时间接受不全脉冲数，装置将会返回计数错误码，上位机将发出警报。

4 结论

本设计系统是通过红外对射传感器检测投入空罐和成品罐计数，并且将数据通过变换电路将数据传输给工控机；在工控机上设计了以VB6.0作为开发平台的应用软件；软件将接受到的数据，分类汇总计算，得出更为直观的数据，以供决策者更好的分析生产产品的供应关系；也为更好的成本计算提供了有力的数据。

实验证明该装置结构简单、计量精度高、灵活可靠、性能价格比高，是一种很实用的设备，可用于工农业设备或流水线上对产量或流量进行统计计数，很适合于进一步推广应用，具有很高的商业应用价值和市场竞争力。

参考文献

[1]王松林，鲁高奇，高岳。基于单片机的可辩向计数器设计[J]科技信息，2009，16（27）：67.

[2]李宁，基于MDK的STM32处理器开发应用[M]北京：北京航空航天大学出版社，2008：32-33.

[3]刘同法，ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用[M]北京：北京航空航天大学出版社，2009：40-41.

[4]刘同法，陈忠平，彭继卫.单片机外围接口电路与工程实践[M]北京航空航天大学出版社，2009：03-05.

[5]唐中燕，杨晓红，杨静.基于单片机的智能型光电编码器计数器[J]仪器仪表用户，2001，8（05）：11-13.

[6]江文杰，曾学文，施建华.光电技术[M]科学出版社，2009：11-12.

作者简介

侯蕊（1982-），女，研究生学历。现为秦皇岛职业技术学院讲师。主要研究方向为智能电气系统设计。

作者单位

秦皇岛职业技术学院 河北省秦皇岛市 066100