基于紅外感應控制的安全傳送帶設計研究

喻遲心琢 劉子承 陸帥 孟東容

【摘?要】在分析現有傳送帶作業原理的基礎上，本文設計的基于紅外線傳感器的安全控制系統通過感應人員與傳送帶的距離，能夠監控整個傳送作業的啟停狀態，進而提高傳送系統的安全性，改善人為作業環境，并能有效避免意外傷害的發生。

【關鍵詞】紅外線感應器;控制系統;傳送帶;系統設計

1 引言

傳送帶系統的相關研究距今已有近百年的歷史，根據不同工況的要求，不同種類的特種傳送帶構成了一個巨大的體系。根據需求，特種傳送帶可被分為彎曲型、線摩擦型、大傾角型、可伸縮型、吊掛型、管式、波紋擋邊式、氣墊式、壓帶式、鋼絲繩牽引式和鋼帶式等類型，它們根據設計可適用于多種特殊場合。管式和吊掛式傳送帶因其密封性好，適用于有環保要求或物料不應受外界環境影響的工況;波紋擋邊傳送帶可以做大傾角甚至垂直提升，在卸船和豎井提升中得到應用;壓帶式大傾角傳送帶主要用于下挖式斗輪挖掘機上，其傾角可達35o，從而有效縮短了斗輪臂架的長度。

2總體設計

本文在原有傳送帶設計基礎上開展研究，增加了紅外感控系統，利用紅外線感應器控制原有傳送帶的啟停，實現人員誤入安全作業區域時對傳送器作業的急停功能，避免對人員造成傷害。紅外線感應器的作用機理是紅外線的反射原理，使用紅外感應器是為了生產的方便和安全，并且節能作用明顯。紅外傳感器在生活中經常被用于感應水龍頭、紅外感應馬桶、手扶電梯等產品。其工作原理為身體的某一個部位進入到紅外線感應的區域后阻擋了紅外發射器的信號，紅外線接收管無法收到反饋信號，其結果會反饋到主控制器，之后使用驅動電路控制電磁閥通斷，從而實現對被控對象的啟停或者其他控制要求。

3 控制系統設計

控制系統是保證系統安全的核心部分，重點集中在控制芯片的選擇和紅外傳感器的選型。

3.1控制芯片選擇

本設計選取的芯片為AT89C52，此芯片穩定性好，價格低廉且能滿足本文系統的控制需求，晶振選擇12MHZ石英晶振。供電方式上，選取5V電壓供電，一個上位機的USB或者市售普通移動電源就可以實現供電。復位電路作用很重要，本系統選取上電自動復位的方式。在芯片的vss和rst兩個端口需要接通一個8200Ω的電阻，兩個端口之間各接一個10uF電容。

3.2 紅外線傳感器選型

本設計采用的感應模塊為人體熱釋電紅外線傳感器，它是一種能檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號的傳感器，由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。一般人體都有恒定的體溫，一般在37°，所以會發出特定波長約為10μm的紅外線。人體發射的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應源。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經采樣處理后即可完成相應控制。

3.3電機控制系統設計

本設計采用閉環PI調節器進行控。經過交流電-晶閘管-橋式整流-濾波-平波電抗器等流程后電動機才能得到直流的小脈沖電量。電機想要獲取勵磁也是在這其中的環節，電流通過電路，但是電路必須是勵磁電路才可以啟動作業。

4 軟件設計

軟件程序設計需考慮速度測取與相關計算。為了準確測得直流電動機的旋轉速度，采用數字測速法來換算速度。系統編程采用模塊化設計方法，與各子程序作為實現各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制和LCD顯示等部分的設計，其核心是PWM脈寬控制部分。

本設計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進行控制，使用的函數為DLYLEVEL的帶參數，產生約為DLYLEVEL*400us的延時，脈沖周期是由兩種系數組成的，其中一種是高電平的hlt，另一種就是低電平的llt，25Hz恰好就是本次設計采用的頻率，hlt+llt=100，空間彼得占有率為hlt/（hlt+llt），因此需要調速，進行定頻寬度進行調速后利用程序去更改hlt，llt。

為了滿足電機的啟動和停止要求，需緩慢調整PWM占空比，啟動后需要完成從靜止到勻速的過程，停止時需要緩慢減小PWM占空比使之緩慢變為0。此方式啟停可減小對電機的傷害。

5結論

借鑒現有傳送帶技術，增加紅外感應控制系統，以實現對傳送帶運轉的自動控制，減少作業過程中人身傷害的發生概率，有效提高了作業安全性、生產作業的經濟性以及生產效率。

參考文獻：

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（作者單位：1.西北工業大學;2.武警工程大學;3.西京學院）