啤酒生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)測(cè)量裝置

介紹了啤酒包裝線(xiàn)上的智能計(jì)算器的工作原理，在對(duì)各種計(jì)數(shù)方法進(jìn)行分析后提出了基于光電傳感器的計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，并給出了智能計(jì)數(shù)器控制的硬件電路設(shè)計(jì)和程序流程圖。詳細(xì)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(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法，給出了部分程序流程圖和程序清單。該計(jì)數(shù)系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，工作穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。 42自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成及工作原理 42.1計(jì)數(shù)測(cè)量原理 42.2計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 43自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 53.1生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)總框圖 53.2傳感器及信號(hào)調(diào)理的電路設(shè)計(jì) 53.2.1光電傳感器簡(jiǎn)介 53.2.2光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 63.3單片機(jī)小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93.3.1單片機(jī) 93.3.2鍵盤(pán)顯示模塊計(jì) 3.3.3電源模塊設(shè)計(jì) 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1程序原理框圖 4.2程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 5實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 參考文獻(xiàn) 言…般啤酒廠(chǎng)口產(chǎn)啤酒幾十萬(wàn)瓶，為及時(shí)掌揮啤酒瓶子的破碎率、口產(chǎn)量等指標(biāo)，需要在灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的多個(gè)環(huán)節(jié)上安裝計(jì)數(shù)器，每當(dāng)酒瓶通過(guò)計(jì)數(shù)器時(shí)，就會(huì)被計(jì)數(shù)器的傳感器檢測(cè)到，酒瓶個(gè)數(shù)自動(dòng)加1。用的傳感器有電渦流式接近開(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)通過(guò)檢測(cè)金屬瓶蓋計(jì)數(shù)。光電開(kāi)關(guān)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(cè)，酒瓶通過(guò)時(shí)就會(huì)將發(fā)射的光束反射回來(lái)，被接受端接受到，開(kāi)關(guān)狀態(tài)改變，計(jì)數(shù)電路檢測(cè)到狀態(tài)變化而計(jì)數(shù)：如發(fā)射端與接受端相對(duì)，酒瓶通過(guò)他們之間時(shí)，光線(xiàn)被遮，也會(huì)改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)。本計(jì)數(shù)器采用后一種光電開(kāi)關(guān)。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(jì)數(shù)測(cè)量原理計(jì)數(shù)測(cè)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(yīng)大于發(fā)射管A與接受管B之間的距離。計(jì)數(shù)器內(nèi)部設(shè)一標(biāo)志，酒瓶未進(jìn)入發(fā)射管A與接受管A之間時(shí)，兩束光線(xiàn)均被接收，管A、B均導(dǎo)通，標(biāo)志置0,當(dāng)酒瓶繼續(xù)運(yùn)動(dòng)遮遮擋時(shí)，標(biāo)志置0,這時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)加1。由于酒瓶遮擋住一束光線(xiàn)時(shí)，標(biāo)志不變，因此酒唧酒瓶的圖1:檢測(cè)原理圖圖1:檢測(cè)原理圖.2計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)由信號(hào)預(yù)處理電路、單片機(jī)STC89C51、系統(tǒng)化LED顯示模塊、路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)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(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)匹配的TTL信號(hào)；通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程設(shè)置可使內(nèi)部定時(shí)器T0對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就能精確地算出加到TO引腳的單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)；設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)顯示部分采用價(jià)格低廉且使用方便的LED模塊，通過(guò)相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算得到的計(jì)數(shù)數(shù)字通過(guò)12C總線(xiàn)放到E2PROM存儲(chǔ)，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線(xiàn)和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)總框圖生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)總框圖生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)總框圖生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)總框圖數(shù)字存儲(chǔ)電路單片機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)上的計(jì)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(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因而需要使用光電傳感器并設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類(lèi)，即模擬式光電傳感器和脈沖(開(kāi)關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系。光信號(hào)調(diào)理波形變換波形整形單片機(jī)6模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)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(lèi)。所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)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(cè)物上，再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)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(cè)物紅外發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)傳感器將啤酒生產(chǎn)線(xiàn)上流動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)LM324集成運(yùn)放整光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖3所示。供感器整形驅(qū)動(dòng)圖3光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖LM324是四運(yùn)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(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖5圖(4)放大器圖圖5引腳圖由于LM324四運(yùn)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(jià)格低本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用高性能集成四運(yùn)放LM324來(lái)進(jìn)行光電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。電路采用兩級(jí)放大電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，防止信號(hào)脈沖太小以至對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不產(chǎn)生影響。此外，為了達(dá)到預(yù)定效果，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用MILTISIM8進(jìn)行模擬仿真，并利用模擬仿真結(jié)果h心x圖6電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結(jié)果系統(tǒng)設(shè)計(jì)的光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路見(jiàn)圖7。(1)為了消除玻璃瓶經(jīng)過(guò)光敏三極管時(shí)由于透射和折射產(chǎn)生的干擾信號(hào)，采用了一級(jí)單穩(wěn)電路,利用玻璃瓶前沿到達(dá)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(hào)，使玻璃瓶前沿以后所產(chǎn)生的折射和透射干擾不能進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，保證一個(gè)產(chǎn)品只產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖.(2)計(jì)數(shù)器要求計(jì)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(jì)數(shù)器，會(huì)產(chǎn)Xxx理 一8生兩次甚至多次翻轉(zhuǎn)。同時(shí)為使計(jì)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(jiǎn)單化，統(tǒng)一采用5V直流穩(wěn)壓電源。具體電路原理見(jiàn)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(xiàn)復(fù)雜的工作環(huán)h]≈0,RGl截止。這時(shí)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(dāng)上升到BG2的導(dǎo)通電壓時(shí)，BG2才重新導(dǎo)通(圖8b),電路又迅速恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。而此期內(nèi)由于Ub2很小，玻璃瓶折射和透射干擾對(duì)截止管BG2不起任何作用，起到了抑制干擾信號(hào)的作用，使得一個(gè)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(mén)以及R0,CO組成。常態(tài)時(shí)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(gè)輸入全為“1”,輸出U3為“0”。此后CO的放電使U逐漸下降到Y(jié)F3的關(guān)門(mén)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(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)的簡(jiǎn)稱(chēng)，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(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。目前，新型單片機(jī)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(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合，因此，確切的稱(chēng)謂應(yīng)是微控制器(Microcontroller).系統(tǒng)使用的單片機(jī)是STC89C51型單片機(jī)。STC89C51單片機(jī)是基于MCS-51單片機(jī)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(jī)是完全兼容的。其優(yōu)越的性?xún)r(jià)比使其成為頗受歡迎的8位單片機(jī)。如圖9是STC89C51結(jié)構(gòu)框圖。STC89C51單片機(jī)的特點(diǎn)：(4)一個(gè)可編程全雙工申行口，具有5個(gè)中斷源。(5)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖輸入T0TI計(jì)數(shù)脈沖輸入計(jì)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(shí)/計(jì)數(shù)時(shí)鐘源P07/AD7 XTA9STC89C51結(jié)構(gòu)框圖圖10是STC89C51單片機(jī)引腳分布圖。由圖我們可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶(hù)I/0口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成①地址總線(xiàn)(AB):地址總線(xiàn)寬為16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線(xiàn)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(xiàn)(DB):數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為8位，由PO提供。組成。圖10STC89C51管腳圖3.3.2圖11為鍵盤(pán)電路圖，按鍵功能通過(guò)軟件編程設(shè)置：按K1顯示計(jì)時(shí)時(shí)間；端口均為高電平。當(dāng)其中任一按鍵按下時(shí)，其對(duì)應(yīng)的P1端口變?yōu)榈碗娖?，在軟件中利用這個(gè)低電平設(shè)計(jì)其功能。軟件中還設(shè)置了按鍵防抖動(dòng)誤觸發(fā)功能，軟件中設(shè)置定時(shí)器150ms中斷一次，每次中斷都對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲次進(jìn)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(duì)應(yīng)的即為顯示部分采用價(jià)廉方便的LED數(shù)碼管，圖12為數(shù)碼管的引腳接線(xiàn)圖。測(cè)量系統(tǒng)有8位共陽(yáng)的LED數(shù)碼管，表3.1為驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的段代碼表，1-代表對(duì)應(yīng)的筆段亮，0-代表對(duì)應(yīng)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(yīng)的段代碼寫(xiě)入PO口，12圖12數(shù)碼管的引腳接線(xiàn)圖數(shù)字dPeCgbfa十六進(jìn)制共陰共陽(yáng)010110111100010100210101101310011101400011110510011011610111011700010101810111111910011111表1驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示方式。啤酒瓶個(gè)數(shù)的測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)譯碼，輸出的8位井行數(shù)據(jù)通過(guò)STC89C51的并行口(PO口)輸出，送至7段LED,同時(shí)由P2口輸3.3.3電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供+5V電源。電源的設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì)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(fù)端則為L(zhǎng)M337等。最簡(jiǎn)的電路外接元件只需一個(gè)固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過(guò)熱和安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為1.5A。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)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(guò)1000μF的電解電容進(jìn)行濾波，再經(jīng)過(guò)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(biāo)志位為0?電源足?YY標(biāo)志位置0顯示狀態(tài)鍵按下?YN標(biāo)志位置1計(jì)數(shù)值加1YN程序原理框圖分組成。數(shù)據(jù)處理完成對(duì)各種測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，如各種數(shù)據(jù)的計(jì)算、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等。按鍵程序包括按鍵防抖動(dòng)處理、判鍵及修改項(xiàng)目等。程序原理框圖如圖15所示初始化標(biāo)志位置1標(biāo)志位為0?班計(jì)數(shù)送顯示累計(jì)產(chǎn)量送顯示標(biāo)志位置0程序設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)裝置完全按照計(jì)數(shù)器上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。光電傳感器正對(duì)著啤酒流水線(xiàn)的啤酒瓶蓋。光電傳感器接有3根導(dǎo)線(xiàn)，其中棕線(xiàn)、藍(lán)線(xiàn)為電源輸入線(xiàn)，黑線(xiàn)為信號(hào)輸出線(xiàn)。測(cè)量頭由光電傳感器組成。當(dāng)啤酒流水線(xiàn)流動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了流過(guò)測(cè)量頭的啤酒瓶個(gè)數(shù)。此計(jì)數(shù)測(cè)LM324整形電路調(diào)試。在焊接硬件電路時(shí)需細(xì)心排除元器件和焊接等方面可能出現(xiàn)的被測(cè)物理量經(jīng)過(guò)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(jìn)行信號(hào)的分析、處理、顯示和記錄，須對(duì)信號(hào)作放大、運(yùn)算、分析等處來(lái)需要調(diào)整時(shí)，只要修改定義部分就好了。寫(xiě)程序要有足夠的注釋、說(shuō)明文檔、流程原理圖。每次修改程序，應(yīng)該同步更新相關(guān)的注釋、說(shuō)明文檔、流程圖、原理圖。免得下在進(jìn)行軟件編程調(diào)試時(shí)需要用到單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境MedWinV2.39軟件，編程時(shí)容易出現(xiàn)鍵盤(pán)輸入和無(wú)意的語(yǔ)法錯(cuò)誤，還有一些模塊達(dá)不到預(yù)期的功能，都要經(jīng)過(guò)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(jī)內(nèi)存單元對(duì)應(yīng)的運(yùn)行值，外圍部件中可以顯示單片機(jī)端口，中斷、定時(shí)器1