传送带上物件计数器的设计

传送带上物件计数器设计第一章方案论证随着社会的进步和生产的发展，物件计数器已经有了很大的发展，同时也有了很多有关物件计数器的设计方案，但针对的对象不同，所设计的电路也是不尽相同的。

此次我所设计的传送带上的物件计数器主要是针对那些规则的、间隔均匀的物件，因此我设计出了自己的合适的物件计数器电路。

电路的主要功能是对传送带上的物件进行自动计数、装箱以及对所计物件个数进行显示。

关于我设计的方案，我主要论证的电路是检测电路和显示电路以及键盘电路。

第一节检测电路的论证在传送带传送物品的作业过程中，许多物品具有规则形状的块状、颗粒状或棒枝状产品,诸如香烟、香皂、糖果、铅笔、饼干、书籍等。

这些物品大多数按规定的标准实行自动加工,其重量和形体均匀一致,且大多数实行计数定量包装,如香烟20支一小包,书籍10本一包,图钉100个一盒等。

规则形体的物品包装计数时,先以适当的方式将其送到计量给料位置或料斗中,再由计数定量装置按包装要求进行计数给料。

目前常用的计数定量装置有：光电检测计数装置,以及用于块状物品的冲头式定量给料装置,用于块状或颗粒状物品的模孔式定量给料装置,用于块状物品的差速定量给料装置,用于棒状物品的容腔式定量给料装置等。

采用光电检测装置进行计数供送具有装置轻巧、检测速度快、检测范围广、精确度高、非接触、抗干扰、便于实现自动控制等优点,应用非常广泛。

在研制、开发和应用光电计数供送控制系统时,除了要注意一般数控电路共有的防电磁干扰和微机接口技术问题外,还要注意光电计数检测控制特有的几个技术问题,如被检物品的排队、检测信号的整形、防止误计(多计或漏计)以及防车间照明光源的干扰等。

由于我们时间和精力有限，我们只研究了规则的、有间隔的物件计数，于是我们选择了光电检测装置。

光电检测在工业上的运用也分为好多种。

可以检测一切能够影响光量或光特性的非电量，例如，位移、振动、力、转矩、转速、温度、压力、流量、液位、湿度、液体浓度、浑浊度、成分、角度、表面粗糙度、乃至图像等。

我用的是光电检测中的光电开关，光电开关又称电眼、光电传感器等，在传送带机械中主要用来检测物件是否通过，保证计数的准确。

目前常用的光电开关是红外线光电开关，是利用物体对近红外线光束的反射原理，由同步回路感应反射回来的光的强弱而检测物体的存在与否，即光电传感器首先发出红外线光束到达或透过物体，物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断物体的存在。

红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。

人眼可见的光波是380nm -780nm，发射波长780nm-1mm的长射线称为红外线，浙江省洞头县光电开关厂生产的红外线光电开关优先使用的是接近可见光波长的近红外线。

如图 1.1所示。

图 1.1 波长示意图红外光电开关的种类也很多，有镜反射式光电开关、漫反射式光电开关、槽式光电开关、对射式光电开关、光纤式光电开关等。

漫反射式光电开关是将发射器与接收器装在一起的传感器，当物体通过时，物体对发射器发来的近红外线进行反射，接收器接收后就形成了开关信号，该信号经过放大后就可以用来控制物体的进退速度，发出停、进指令。

很显然，被检测的物体要有较高的反光率，这样才能保证光电开关获得可靠的开关信号。

漫反射式光电开关结构简单、安装方便、造价较低、使用范围广，但使用调整困难。

接收器接收的光强，会随着物体的远近、光电开关与物体的夹角大小而变化，常常影响到检测的精确度，所以不很实用。

其原理图如图 1.2所示。

图1.2 漫反射式光电开关槽式光电开关采用U字型结构，发射器和接收器分置于U型槽的两边，并在同一轴线上，发射器发出的近红外线被接收器接收，光线在槽中形成了光轴，当被检测的物体通过时，物体对光轴形成了阻断，从而能使光电开关产生开关量信号。

槽式光电开关的光轴的长短固定。

光轴越短，光电开关受到的外界光干扰就越小，因此可靠性越高。

所以槽式光电开关主要用于速度较高的场合。

其原理图如图 1.3所示。

图 1.3 槽式光电开关镜反射式光电开关解决了漫反射式光电开头反射光强不一的问题。

它虽然也是将发射器和接收器集成于一体，但是它在物体的另一面设置了反射镜，发射器发出的近红外线经过反射镜反射到接收器，反射的光强基本是一致的，这就减少了检测的误差。

当有物体通过时，就阻断了光线，从而得到了开关量。

其原理图如图 1.4所示。

图 1.4 镜反射式光电开关对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。

当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。

当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。

其原理图如图 1.5所示。

图 1.5 对射式光电开关光纤式光电开关，是通过塑料戴玻璃光纤传递光信号，可以实现远距离控制。

对于距离较远的检测项目来说，可以使用光纤式光电传感器。

经常使用的光纤传感器有漫反射式和对射式两种，在物料的计数等方面使用较多。

其原理图如图 1.6所示。

图 1.6 光纤式光电开关在不同的场合使用不同的光电开关，例如在电砚振动供料器上经常使用光纤式光电开关，在间歇式包装机包装膜的供送中经常使用漫反射式光电开关，在连续式高速包装机中经常使用槽式光电开关。

我这次设计的是关于传送带上有间隔的物料计数，而对射式是发射与接收形成光轴，直接接收光信号，安装简单，工作可靠，所以我选择使用了对射式光电检测来完成传送带上计数的功能。

除了正确选择光电开关的品种与型号外，还要考虑生产厂家的因素。

目前国内生产光电开关的厂家很多，企业规模有大有小，质量当然差别较大，但并不是说大企业的产品质量就好。

一般来说，直接向企业购买具有较大的质量把握，现在有的企业为了扩大市场份额，对同一种型号的产品标价不一，其内部元器件的质量就差别较大，因此在购买时就要明确使用期限的保证，一般购买较经济实惠的一种比较合算。

第二节显示电路的论证我们知道，显示技术是光电子技术与计算机技术的结晶，它的应用早已超出数字显示和计算机终端显示的范围，渗透到商业广告、新闻发布、交通运输、体育比赛、文化娱乐、航天及模拟军事演习等领域，成为信息革命的重要工具。

在我所设计的课题中，显示电路是为了显示传送带所计的物件的个数和显示所设置的包装箱内要装的个数。

要选择什么样的显示电路需要从要完成的功能和与单片机硬件电路之间的关系而定。

总的来说，显示电路和计数是紧密相连的，只要有计数，一般都要有显示电路。

目前国内外生产的显示器种类繁多，性能各异，分类方式也不尽相同。

按发光类型分可分为主动发光型和被动发光型两大类。

前者本身发光，后者不发光，只能反射或投射、透射光线。

显示器分为灰光管、荧光管、LED数码管、LCD显示器等，显示器的详细分类情况见表1.1。

表1.1 显示器的详细分类我们在设计中考虑到显示电路要显示出光电检测装置所计物体的个数，显示的数值是从0000到9999，只有四位显示，而发光二极管LED的工作电压不高，只有1.7~2V，价格又便宜，符合我们的要求，所以我就选择了主动发光型发光二极管LED数码管显示。

在我们的显示电路中，它的作用是：光电检测系统将传送带上有无物体通过时所接收到的脉冲信号送往单片机，单片机通过内部计数处理后，驱动显示电路的四位LED数码管显示出所计的数值。

单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。

静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。

动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。

这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。

软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式由于我所设计的电路中，需要的I/O口比较多，同时为了节省线路板空间，我选择使用动态扫描显示的方法，并且利用软件译码的方式来帮助动态扫描完成显示的功能。

我们运用了动态扫描之后，在画PCB板的时候，省去了很多麻烦，况且我们使用的是单面板，如果使用静态扫描，印制出来的电路板会很复杂，不易调试。

另外，在我们的设计中，还设有键盘电路。

由于键盘电路的功能主要是用来设置包装的个数及控制程序的运行或暂停的，所以用到的按键很少，我们在设计中选用了五个按键分别为：设置键、加一键、减一键、运行或暂停键、清零键，因此，我们用了比较简单方便的独立式键盘。

第二章 系统介绍第一节 系统结构原理图在系统中，我们主要是要完成传送带上物件的计数和包装，并通过显示电路显示出所计数值的功能，因此本系统主要包括：单片机、光电检测电路、显示电路、键盘电路、两条传送带控制电路、报警电路以及状态显示电路。

有关传送带上物件计数器设计的系统结构原理图如下图2.1所示。

图2.1 系统框图第二节 系统工作原理在系统中，我们采用了红外线光电开关与单片机结合对传送带上的物件进行计数的方式。

考虑到抗干扰性，这里采用了由红外线发射电路中的NE555组成的时基振荡器产生振荡频率为38kHz 的调制信号。

再由NE555驱动红外发光二极管以红外线的形式发射出去，由于我们采用的是对射式光电检测装置，所以红外线接收单元就用了集红外接收、放大、鉴频于一身的接收头HRM3800，这样就大大提高了系统的灵敏度和抗干扰性。

系统还采用了两条传送带来分别完成物件的传送和包装箱的运送，两个继电器在单片机的控制下闭合或打开，从而控制物件传送带和包装箱传送带的运行和停止。

在物件传送带上，当没有物体通过时，红外检测电路 键盘 段驱动 显示电路 驱动电路 传送带控制电路报警电路 驱动电路 单 片 机状态显示 驱动电路接收二极管能够接收到红外信号，并经接收电路反向放大后输出低电平信号。

当有物体通过时，红外接收器收不到红外信号,输出高电平,接收单元HRM3800将此信号放大、鉴频，再经Q8反相成低电平后送入到AT89C51单片机的中断口P3.2口,同时单片机在内部程序的扫描过程中，扫描到低电平信号就加一计数，并由显示电路显示出当前的计数个数。

当计到警告计数个数时，状态信号灯绿灯灭，红灯开始闪亮。

当计到设置的包装个数时，红灯停止闪亮，蜂鸣器报警，物件传送带停止运行，包装箱传送带开始运行。

五秒后，又一个空箱到位，包装箱传送带停止运行，物件传送带又开始运行，计数包装重新开始。