基于單片機的灌裝生產線成品率計算裝置設計

摘 要

為了實現在灌裝流水線生產過程中，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，并上傳至工控主機計算成品率。實驗結果表明，該計算裝置安裝工作穩定，維護方便，運行可靠，具備較高的推廣和應用價值。

【關鍵詞】STM32單片機 紅外對管 計算裝置

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

1 系統總體設計

灌裝生產線成品率計算裝置是以STM32F103單片機為控制核心，由兩個工業級紅外對射傳感器分別對空罐、成品罐進行計數。當罐體通過發射管和接收管之間時，罐體將擋住發射管發出的紅外脈沖，接收管接收不到（或接受的脈沖數與反射的脈沖數不相符）相應的紅外脈沖，單片機相應計數加1。本設計采用間斷紅外脈沖方式檢測罐體，紅外發射管發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據經過變換電路將數據傳入工控機，工控機將數據匯總計算，得到破損率、日產量等指標。系統總體框圖如圖1所示。

2 模塊分析

2.1 控制核心

本次設計選用增強型的STM32F103RET6單片機。它具有很多難以比擬的優點：本設計中要求時鐘有較高的頻率，將系統時鐘頻率設置高達72 MHz；內部有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境。設計中用2個定時器定時調度程序，計數發送脈沖。用DMA控制器搬運大量的數據，不但傳輸數據速度快并且節省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分頻的16位自動裝載計數器構成，計數頻率高達72 MHz，使檢測脈沖數更加可靠。單片機通過UART接口將數據發送給變換器，上傳給上位機。

2.2 紅外對射傳感器

本設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抖動，容易使單片機發生誤判；有鑒于此，本設計在檢測物體計數的時候采用脈沖檢測方式；讓紅外發射管發射38KHZ的方波信號，每次發射20個方波，每秒鐘發射100次；讓接受管接到單片機的捕獲引腳，捕獲脈沖的個數，如果捕獲的脈沖個數和發射的脈沖個數相等，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射管與接收管之間；如果捕獲的脈沖個數不是20個，就說明在罐子的邊緣，或有干擾。設計參數可以根據罐子的直徑、傳輸速度適當調整，從而達到更好的效果。

3 單片機軟件流程

系統啟動后；首先對各部分的緩沖數據清零，然后校對兩個傳感器是否接受正常；如果不正常，循環校對，并且向上位發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。開始計數后，單片機每次計數成功后都將向上位機發送計數值，上位機將得到的計數值和收到計數值的時間記錄下來，存入數據庫，以便做進一步運算。如果在計數的過程中出現長時間的檢測到罐子，或者長時間接受不全脈沖數，裝置將會返回計數錯誤碼，上位機將發出警報。

4 結論

本設計系統是通過紅外對射傳感器檢測投入空罐和成品罐計數，并且將數據通過變換電路將數據傳輸給工控機；在工控機上設計了以VB6.0作為開發平臺的應用軟件；軟件將接受到的數據，分類匯總計算，得出更為直觀的數據，以供決策者更好的分析生產產品的供應關系；也為更好的成本計算提供了有力的數據。

實驗證明該裝置結構簡單、計量精度高、靈活可靠、性能價格比高，是一種很實用的設備，可用于工農業設備或流水線上對產量或流量進行統計計數，很適合于進一步推廣應用，具有很高的商業應用價值和市場競爭力。

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作者簡介

侯蕊（1982-），女，研究生學歷。現為秦皇島職業技術學院講師。主要研究方向為智能電氣系統設計。

作者單位

秦皇島職業技術學院 河北省秦皇島市 066100