啤酒生產(chǎn)線的產(chǎn)品自動計數(shù)測量裝置

介紹了啤酒包裝線上的智能計算器的工作原理，在對各種計數(shù)方法進行分析后提出了基于光電傳感器的計數(shù)測量系統(tǒng)，并給出了智能計數(shù)器控制的硬件電路設計和程序流程圖。詳細分析了系統(tǒng)的組成及工作原理，給出了系統(tǒng)中各硬件模塊設計方法及系統(tǒng)軟件設計方法，給出了部分程序流程圖和程序清單。該計數(shù)系統(tǒng)安裝維護方便，工作穩(wěn)定，運行可靠，具有較大的推廣應用價值。 42自動計數(shù)系統(tǒng)組成及工作原理 42.1計數(shù)測量原理 42.2計數(shù)測量系統(tǒng)結構組成 43自動計數(shù)系統(tǒng)硬件電路的設計 53.1生產(chǎn)線自動計數(shù)總框圖 53.2傳感器及信號調(diào)理的電路設計 53.2.1光電傳感器簡介 53.2.2光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設計 63.3單片機小系統(tǒng)的設計 93.3.1單片機 93.3.2鍵盤顯示模塊計 3.3.3電源模塊設計 4系統(tǒng)軟件設計 4.1程序原理框圖 4.2程序設計與調(diào)試 5實驗及結果分析 參考文獻 言…般啤酒廠口產(chǎn)啤酒幾十萬瓶，為及時掌揮啤酒瓶子的破碎率、口產(chǎn)量等指標，需要在灌裝生產(chǎn)線的多個環(huán)節(jié)上安裝計數(shù)器，每當酒瓶通過計數(shù)器時，就會被計數(shù)器的傳感器檢測到，酒瓶個數(shù)自動加1。用的傳感器有電渦流式接近開關和光電開關。接近開關通過檢測金屬瓶蓋計數(shù)。光電開關有光束發(fā)射端和接受端，如發(fā)射端與接受端位于同一側，酒瓶通過時就會將發(fā)射的光束反射回來，被接受端接受到，開關狀態(tài)改變，計數(shù)電路檢測到狀態(tài)變化而計數(shù)：如發(fā)射端與接受端相對，酒瓶通過他們之間時，光線被遮，也會改變開關狀態(tài)。本計數(shù)器采用后一種光電開關。22系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成及工作原理2.1計數(shù)測量原理計數(shù)測量原理如圖1所示，四只管子位于同一平面內(nèi)，發(fā)射管A、徑應大于發(fā)射管A與接受管B之間的距離。計數(shù)器內(nèi)部設一標志，酒瓶未進入發(fā)射管A與接受管A之間時，兩束光線均被接收，管A、B均導通，標志置0,當酒瓶繼續(xù)運動遮遮擋時，標志置0,這時計數(shù)器個數(shù)加1。由于酒瓶遮擋住一束光線時，標志不變，因此酒唧酒瓶的圖1:檢測原理圖圖1:檢測原理圖.2計數(shù)測量系統(tǒng)結構組成計數(shù)測量系統(tǒng)結構組成計數(shù)測量系統(tǒng)結構組成計數(shù)測量系統(tǒng)結構組成系統(tǒng)由信號預處理電路、單片機STC89C51、系統(tǒng)化LED顯示模塊、路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。對待測信號進行放大的目的是降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大發(fā)射管A接受管B接受管A發(fā)射管B啤酒瓶的5的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機匹配的TTL信號；通過對單片機的編程設置可使內(nèi)部定時器T0對輸入脈沖進行計數(shù)，這樣就能精確地算出加到TO引腳的單位時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)；設計計數(shù)顯示部分采用價格低廉且使用方便的LED模塊，通過相關計算方法計算得到的計數(shù)數(shù)字通過12C總線放到E2PROM存儲，既節(jié)省了所需單片機的口線和外圍器件，同時也簡化了顯示部分的軟件編程。3系統(tǒng)硬件電路的設計系統(tǒng)硬件電路的設計系統(tǒng)硬件電路的設計系統(tǒng)硬件電路的設計3.1生產(chǎn)線自動計數(shù)總框圖生產(chǎn)線自動計數(shù)總框圖生產(chǎn)線自動計數(shù)總框圖生產(chǎn)線自動計數(shù)總框圖數(shù)字存儲電路單片機生產(chǎn)線上的計數(shù)框圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)原理框圖3.2光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設計光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設計由于系統(tǒng)需要將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，因而需要使用光電傳感器并設計相應的信號調(diào)光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關系。光信號調(diào)理波形變換波形整形單片機6模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物紅外發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設計光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設計傳感器將啤酒生產(chǎn)線上流動信號轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號，該信號經(jīng)過LM324集成運放整光電轉(zhuǎn)換部分與單片機的連接框圖如圖3所示。供感器整形驅(qū)動圖3光電轉(zhuǎn)換部分與單片機的連接框圖LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑算放大器可用圖4所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖5圖(4)放大器圖圖5引腳圖由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低本設計計劃采用高性能集成四運放LM324來進行光電信號調(diào)理電路設計。電路采用兩級放大電路對脈沖信號進行放大，防止信號脈沖太小以至對實驗結果不產(chǎn)生影響。此外，為了達到預定效果，對系統(tǒng)運用MILTISIM8進行模擬仿真，并利用模擬仿真結果h心x圖6電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結果系統(tǒng)設計的光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路見圖7。(1)為了消除玻璃瓶經(jīng)過光敏三極管時由于透射和折射產(chǎn)生的干擾信號，采用了一級單穩(wěn)電路,利用玻璃瓶前沿到達光敏三極管瞬間觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，并利用單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)期隔離光電信號，使玻璃瓶前沿以后所產(chǎn)生的折射和透射干擾不能進入計數(shù)電路，保證一個產(chǎn)品只產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖.(2)計數(shù)器要求計數(shù)脈沖不能太寬，如將單穩(wěn)態(tài)電路的輸出直接加到計數(shù)器，會產(chǎn)Xxx理 一8生兩次甚至多次翻轉(zhuǎn)。同時為使計數(shù)脈沖獲得質(zhì)量較好的上升和下降邊沿，并且具有一定(3)為使電路供電簡單化，統(tǒng)一采用5V直流穩(wěn)壓電源。具體電路原理見圖7。選用光敏三極管作為光電傳感器，該元件靈敏度高、性能穩(wěn)定，能夠適合生產(chǎn)線復雜的工作環(huán)h]≈0,RGl截止。這時Lcl=Ec(+5Y),使二極管D反向截止、單穩(wěn)態(tài)電路的由于CB的放電使Ub2逐漸上升，當上升到BG2的導通電壓時，BG2才重新導通(圖8b),電路又迅速恢復到靜止狀態(tài)。而此期內(nèi)由于Ub2很小，玻璃瓶折射和透射干擾對截止管BG2不起任何作用，起到了抑制干擾信號的作用，使得一個玻璃瓶只觸發(fā)一次單穩(wěn)。積分型整形電路用五塊7MY13型集成電路與非門以及R0,CO組成。常態(tài)時因BG3截止。Uc3YF1輸出ul為低電平“0”,YF2,YF3輸出(u2,u3)都為高電平“1”(圖≈0,U1=“1”,雖然使YF2輸出為“0”。但是不能突跳為0。所以YF3的兩個輸入全為“1”,輸出U3為“0”。此后CO的放電使U逐漸下降到YF3的關門電平(圖8f中的Ug3),YF3輸出U3又立即為“1”。此后圖8電路波形圖3.3單片機系統(tǒng)的設計單片機系統(tǒng)的設計單片機系統(tǒng)的設計單片機系統(tǒng)的設計單片機是單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)的簡稱，是指在一塊芯片中斷控制器以及串行和并行I/0接口等部件，構成一個完整的微型計算機。目前，新型單片機內(nèi)還有A/D及D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入/輸出等部件。由于它的結構和指令功能都是按工業(yè)控制要求設計的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合，因此，確切的稱謂應是微控制器(Microcontroller).系統(tǒng)使用的單片機是STC89C51型單片機。STC89C51單片機是基于MCS-51單片機為內(nèi)核的，其輸入/輸出管腳以及指令系統(tǒng)和MCS-51單片機是完全兼容的。其優(yōu)越的性價比使其成為頗受歡迎的8位單片機。如圖9是STC89C51結構框圖。STC89C51單片機的特點：(4)一個可編程全雙工申行口，具有5個中斷源。(5)兩個16位定時器/計數(shù)器。計數(shù)脈沖輸入T0TI計數(shù)脈沖輸入計數(shù)脈沖輸入TOT1特殊功能寄存器并行I/O接口中斷系統(tǒng)串行接口中斷輸入串行接口并行I/0接口中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器定時/計數(shù)時鐘源P07/AD7 XTA9STC89C51結構框圖圖10是STC89C51單片機引腳分布圖。由圖我們可以看到，單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入、用戶I/0口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。這些引腳構成①地址總線(AB):地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址(A0至A7);P2口直接提供8位地址。②數(shù)據(jù)總線(DB):數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由PO提供。組成。圖10STC89C51管腳圖3.3.2圖11為鍵盤電路圖，按鍵功能通過軟件編程設置：按K1顯示計時時間；端口均為高電平。當其中任一按鍵按下時，其對應的P1端口變?yōu)榈碗娖剑谲浖欣眠@個低電平設計其功能。軟件中還設置了按鍵防抖動誤觸發(fā)功能，軟件中設置定時器150ms中斷一次，每次中斷都對按鍵進行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲次進行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從P1口讀取數(shù)據(jù)，低電平對應的即為顯示部分采用價廉方便的LED數(shù)碼管，圖12為數(shù)碼管的引腳接線圖。測量系統(tǒng)有8位共陽的LED數(shù)碼管，表3.1為驅(qū)動LED數(shù)碼管的段代碼表，1-代表對應的筆段亮，0-代表對應的筆段不亮。若需要在最右邊(SO)顯示“5”,只要將從表中查得相應的段代碼寫入PO口，12圖12數(shù)碼管的引腳接線圖數(shù)字dPeCgbfa十六進制共陰共陽010110111100010100210101101310011101400011110510011011610111011700010101810111111910011111表1驅(qū)動LED數(shù)碼管的段代碼表數(shù)字顯示電路如圖13,其電路采用動態(tài)顯示方式。啤酒瓶個數(shù)的測量結果經(jīng)過譯碼，輸出的8位井行數(shù)據(jù)通過STC89C51的并行口(PO口)輸出，送至7段LED,同時由P2口輸3.3.3電源模塊設計電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供+5V電源。電源的設計有分立元件和集成穩(wěn)壓器幾種方法，目前較常用的是用集成穩(wěn)壓器來設計穩(wěn)壓電源。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式集成穩(wěn)壓器有LM317系列，它們的輸出電壓從1.25V-37伏可調(diào)，負端則為LM337等。最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為1.5A。系統(tǒng)需要設計一個電源，+5V電源采用7805,電路原理圖如圖14。原理：9V的交流電壓輸入后經(jīng)橋堆整流，通過1000μF的電解電容進行濾波，再經(jīng)過集成穩(wěn)壓器7805穩(wěn)圖145V電源模塊電路圖4.1程序原理框圖程序原理框圖程序原理框圖程序原理框圖程序原理框圖同?NN標志位為0?電源足?YY標志位置0顯示狀態(tài)鍵按下?YN標志位置1計數(shù)值加1YN程序原理框圖分組成。數(shù)據(jù)處理完成對各種測量數(shù)據(jù)的處理，如各種數(shù)據(jù)的計算、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等。按鍵程序包括按鍵防抖動處理、判鍵及修改項目等。程序原理框圖如圖15所示初始化標志位置1標志位為0?班計數(shù)送顯示累計產(chǎn)量送顯示標志位置0程序設計與調(diào)試在硬件調(diào)試與制作方面，可從下面系列著手考慮。此計數(shù)裝置完全按照計數(shù)器上傳感器的實際安裝位置進行安裝。光電傳感器正對著啤酒流水線的啤酒瓶蓋。光電傳感器接有3根導線，其中棕線、藍線為電源輸入線，黑線為信號輸出線。測量頭由光電傳感器組成。當啤酒流水線流動時，光電元件即可輸出正負交替的周期性脈沖信號。脈沖信號的頻率大小就反映了流過測量頭的啤酒瓶個數(shù)。此計數(shù)測LM324整形電路調(diào)試。在焊接硬件電路時需細心排除元器件和焊接等方面可能出現(xiàn)的被測物理量經(jīng)過傳感器變換后，往往成為電阻、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進行信號的分析、處理、顯示和記錄，須對信號作放大、運算、分析等處來需要調(diào)整時，只要修改定義部分就好了。寫程序要有足夠的注釋、說明文檔、流程原理圖。每次修改程序，應該同步更新相關的注釋、說明文檔、流程圖、原理圖。免得下在進行軟件編程調(diào)試時需要用到單片機的集成開發(fā)環(huán)境MedWinV2.39軟件，編程時容易出現(xiàn)鍵盤輸入和無意的語法錯誤，還有一些模塊達不到預期的功能，都要經(jīng)過調(diào)試才口和內(nèi)部功能部件的狀態(tài)值。該軟件中有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試功能可以看到單片機內(nèi)存單元對應的運行值，外圍部件中可以顯示單片機端口，中斷、定時器1