基于光敏器件的投影法藥品包裝檢測系統研究

李汝山 孫彥萍 顏迎金

（山東理工大學電氣與電子工程學院，山東淄博255049）

0 引言

在藥品的自動包裝過程中經常存在一些包裝缺損或多余的現象，這就需要對藥品包裝的完整性進行檢測。一般藥廠均采用人工檢測的方法進行檢測，長時間的操作會耗費大量的人力，而且由于人眼會產生疲勞，其檢測準確度也會隨之降低，檢測效率很低。近幾年，社會上出現了一些新的檢測技術，不僅加快了藥品包裝檢測速度，而且提高了檢測效率。

在目前較為先進的基于機器視覺的藥品包裝在線檢測技術的基礎上，本文闡述了基于光敏器件的投影法包裝完整性檢測技術的工作原理。此技術應用于藥品生產流水線中，主要針對外層包裝盒的檢測，檢測范圍較為廣泛，使藥品檢測水平及效率得到了很大提高。

1 系統元件的介紹

1.1 STC89C52單片機

單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整的計算機系統，也被稱為微控制器（M icro Controller），它最早被應用于工業控制領域。

目前，國內外使用較多的是以51內核擴展出的單片機，即通常所說的51單片機。STC89C52單片機是51系列中的一種帶8K字節閃爍、可編程可擦除只讀存儲器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM）的低電壓、高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MSC-51指令集和輸出管腳相兼容。

1.2 光敏電阻

光敏電阻是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）的變化而變化。光敏電阻在電路中用字母“R”或者“RL”、“RG”表示。光敏電阻通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成，如圖1所示。

光敏電阻是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響，因此要將導光電導體嚴密封裝在玻璃殼體中。如果把光敏電阻連接到外電路中，在外加電壓的作用下，用光照射就能改變電路中電流的大小，其連線電路如圖2所示。

圖1 光敏電阻的結構及外形

圖2 光敏電阻連接到外電路示意圖

光敏電阻具有很高的靈敏度和很好的光譜特性，光譜響應包括從紫外區到紅外區范圍內，而且體積小、重量輕、性能穩定、價格便宜，因此應用較為廣泛。

1.3 電機驅動器

因為從控制模塊輸出的信號功率很弱，即使在沒有其他外在負載時也無法帶動電機，所以在實際電路中通過加入電機驅動芯片可提高輸入電機信號的功率，從而能夠根據需要控制電機轉動。驅動芯片比較常見的是15腳的L298N，內部包含4通道邏輯驅動電路，可以方便驅動2個直流電機或1個兩相步進電機。

L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，如圖3所示。該芯片采用15腳封裝，其特點有：

圖3 L298N電機驅動器

（1）工作電壓高，最高工作電壓可達46V；

（2）輸出電流大，瞬間峰值電流可達3 A，持續工作電流為2 A；

（3）額定功率25W；

（4）內含2個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電機和步進電機、繼電器線圈等感性負載；

（5）采用標準邏輯電平信號控制；

（6）具有2個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；

（7）可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，可以驅動1臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動2臺直流電機。

圖4為L298N內部原理，OUT1與OUT2與一個電機的正負極相連，OUT3與OUT4與另一個電機的正負極相連，單片機通過控制IN1與IN2、IN3與IN4分別控制電機的正反轉。ENA與ENB分別控制2個電機的使能。

圖4 L298N內部原理圖

1.4 數據采集元件

1.4.1 74LS148編碼器

圖5為74LS148管腳圖，74LS148為8線－3線優先編碼器，共有54/74148和54/74LS148 2種線路結構型式，將8條數據線（0～7）進行3線（4-2-1）二進制（八進制）優先編碼，即對最高位數據線進行譯碼。利用選通輸入端（EI）和選通輸出端（EO）可進行八進制擴展。

圖5 74LS148管腳圖

表1為74LS148功能表。表中，0～7為編碼輸入端（低電平有效）；EI為選通輸入端（低電平有效）；A0、A1、A2為3位二進制編碼輸出信號，即編碼輸出端（低電平有效）；GS為片優先編碼輸出端，即寬展端（低電平有效）；EO為選通輸出端，即使能輸出端。

表1 74LS148功能表

1.4.2 74LS138譯碼器

74LS138為3線－8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138 2種線路結構型式。

圖6 74LS138管腳圖

（3）若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器。

（4）可用在8086的譯碼電路中擴展內存。

2 檢測系統工作原理的介紹

此設備應用在藥品或其他產品的生產線上的工作原理，如圖7所示。

圖7 檢測裝置

在檢測系統的上方和左側分別放置著一個光源，光源強度不宜過大，防止光的衍射干擾，在光源前面距透鏡的一倍焦距處分別放置一個凸透鏡使發散的光源變為平行光，增大檢測精度。

在檢測系統的底部和右方分別放置15 cm×15 cm（尺寸大小在此只做參考，可根據不同的需要加以調整）的光敏器件（光敏電阻），同時底部是一個由電機驅動可以360°旋轉的圓盤，當產品封裝好后通過傳送帶或其他設備運送到此設備的底盤上。

先打開上方的光源，由于產品的遮擋經過透鏡的平行光會在底部的光敏感應區域產生陰影區，此時光敏器件采集信號即陰影區的大小反饋給控制器，控制器把采集到的尺寸數據與標準的尺寸大小進行比較，若不符合標準，則通過設備前方的風機將產品吹到回收車內。

若符合標準，則需對產品的側面進行檢驗：

打開左側的光源，同時圓盤以一定的速度開始旋轉，隨之引起投影面積大小的變化，在變化的過程中分別會出現一個最大以及最小的面積，位于右側的光敏傳感器，實時地將檢測到的最小面積數據與標準最小面積數據進行比較。

若符合要求，控制器再控制電機旋轉90°，采集另一個側面面積的大小并與另一標準尺寸比較，若不符合標準，則通過設備前方的風機將產品吹到回收車內。

若符合標準，則通過左側光源上方的風機將藥品吹到位于左側的傳送帶上，回到生產線進行其他操作。

在此檢測過程中，光敏器件采集的信號反饋給控制器時，采用74LS148編碼器將采集到的信號轉變成單片機能夠識別的二進制數。當單片機將接收到的信號經過分析與處理后，又經過74LS138譯碼器輸出。

3 結語

包裝檢測在生活中應用廣泛，很多與人們生活息息相關的產業都涉及到包裝完整性的檢測。作為制藥產業鏈的重要一環，此項檢測的高效性對整個生產線的作業效率有很大的影響。

本文設計的投影法檢測裝置創新性強、檢測度高，相信能夠在包裝完整性檢測方面得到廣泛的推廣與應用。

［1］張登榮，刁建鋒.淺析藥品包裝的在線檢測［J］.機電信息，2005（18）

［2］郭天祥.新概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略［M］.北京：電子工業出版社，2009