摘 要： 針對(duì)保溫瓶膽生產(chǎn)中的瓶膽長(zhǎng)度可靠檢測(cè)這一問(wèn)題，采用了紅外測(cè)控技術(shù)" title="測(cè)控技術(shù)">測(cè)控技術(shù)，設(shè)計(jì)了特殊的抗干擾電路，實(shí)現(xiàn)了瓶膽長(zhǎng)度的自動(dòng)控制。介紹了單片機(jī)瓶膽長(zhǎng)度控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞： 紅外技術(shù) 瓶膽長(zhǎng)度? 自動(dòng)控制? 抗干擾? 計(jì)數(shù)
目前，在國(guó)內(nèi)二十余家保溫容器生產(chǎn)廠家中，保溫瓶膽的生產(chǎn)均采用內(nèi)外膽真空鍍銀技術(shù)，瓶膽的成型要經(jīng)過(guò)胚料、吹制、拉底、封口、鍍銀、打壓、檢驗(yàn)等工序。長(zhǎng)期以來(lái)，瓶膽生產(chǎn)普遍存在著破損多、產(chǎn)品難以規(guī)格化、成品率不高(僅達(dá)50%左右)、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。其中拉底工序中的瓶膽長(zhǎng)度控制是影響產(chǎn)品成品率的主要因素之一。在傳統(tǒng)拉底工序中，依靠煤氣燃燒直接將料胚加熱，由機(jī)器拉底，傳送帶定時(shí)傳送，瓶膽長(zhǎng)度全靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)各工位進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行控制。由于風(fēng)壓無(wú)法保持恒定，因此造成長(zhǎng)短瓶數(shù)量增多，破損量加大，成品率降低。解決這一問(wèn)題的根本途徑在于實(shí)現(xiàn)瓶膽長(zhǎng)度的自動(dòng)控制。本文提出的基于紅外技術(shù)的瓶膽長(zhǎng)度控制系統(tǒng)可有效地解決這一問(wèn)題。
1 紅外檢測(cè)" title="紅外檢測(cè)">紅外檢測(cè)原理及抗干擾電路設(shè)計(jì)
1.1紅外檢測(cè)原理
本系統(tǒng)采用的紅外發(fā)射器件不是通以直流電發(fā)射連續(xù)的紅外光，而是通以一定頻率且占空比很大的脈沖電流，發(fā)出0.93μm左右的紅外光，由紅外接受器件以對(duì)射方式進(jìn)行檢測(cè)。由于紅外線對(duì)玻璃制品具有很強(qiáng)的透射性，故利用瓶膽拉底半球面形成過(guò)程中球面頂端阻擋紅外線產(chǎn)生的第一個(gè)信號(hào)為到位信號(hào)Q，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，由CPU進(jìn)行邏輯處理，從而實(shí)現(xiàn)了瓶膽長(zhǎng)度的到位檢測(cè)。
1.2 抗干擾電路設(shè)計(jì)
瓶膽拉底現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，噪聲達(dá)95dB，可見(jiàn)光照度為100LX，不僅有日光、照明燈光、煤氣燃燒的可見(jiàn)光及輻射紅外光，還有發(fā)射與接受之間由于煤氣燃燒產(chǎn)生的火焰，因此，紅外檢測(cè)的可靠性就成為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的關(guān)鍵。在這種情況下要使本系統(tǒng)能夠可靠工作，除了排除電磁、粉塵、噪音等干擾外，還必須有效地分離可見(jiàn)光、燃燒輻射的紅外光與系統(tǒng)發(fā)射的調(diào)制紅外光。為此本系統(tǒng)采用了脈沖調(diào)制方式以消除光電轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程中的干擾，同時(shí)為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，進(jìn)行了特殊的抗干擾電路設(shè)計(jì)，如圖1所示。該電路由傳感器、紅外調(diào)制發(fā)射、紅外接收、選通判斷、解調(diào)等電路組成。
振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)P1經(jīng)波形變換I變成窄脈沖信號(hào)P2，此信號(hào)經(jīng)功率放大后激勵(lì)紅外管發(fā)射調(diào)制紅外光，再將調(diào)制脈沖P2與受光器件" title="光器件">光器件接收到的脈沖P4通過(guò)選通門進(jìn)行相位比較，只有與調(diào)制脈沖同頻率且同相位的信號(hào)，才有可能通過(guò)選通門，而阻擋其他可見(jiàn)光和煤氣燃燒的輻射紅外光以及噪聲干擾產(chǎn)生的干擾信號(hào)。最后經(jīng)解調(diào)器(D觸發(fā)器)同步解調(diào)。振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)經(jīng)波形變換Ⅱ變成P3后作為觸發(fā)器的CP信號(hào)，而把展寬了的選通脈沖引到觸發(fā)器的輸入端。當(dāng)受光器件接收到紅外脈沖時(shí)，產(chǎn)生選通脈沖P5，每次CP信號(hào)到來(lái)后觸發(fā)器Q端總呈現(xiàn)高電平“1”，而當(dāng)受光器件未接收到紅外脈沖時(shí)，選通脈沖消失，接收到CP后觸發(fā)器Q端變?yōu)榈碗娖健?”，此信號(hào)即可作為瓶膽長(zhǎng)度到位信號(hào)。工作波形如圖2所示。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2.1瓶膽拉底工藝及長(zhǎng)度控制原理
保溫瓶膽外膽成型及長(zhǎng)度取決于拉底工序。胚料在拉底機(jī)定時(shí)間歇傳送過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)預(yù)熱、拉底、加熱及預(yù)吹制、長(zhǎng)度控制、冷卻、成型、長(zhǎng)度檢測(cè)及打底部眼等工位。本系統(tǒng)采用控制吹制過(guò)程中最后一個(gè)工位的加風(fēng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)底部成型及長(zhǎng)度控制。當(dāng)霍爾傳感器(安裝于曲柄部位)檢測(cè)到有瓶膽到達(dá)加工工位后，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷INT1，由單片機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)光隔、驅(qū)動(dòng)后接通電磁閥開(kāi)始加風(fēng)，紅外傳感器發(fā)出的不可見(jiàn)紅外脈沖作為測(cè)控信號(hào)；瓶膽未到達(dá)規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，繼續(xù)加風(fēng)使長(zhǎng)度增加，當(dāng)瓶膽到達(dá)規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，由紅外傳感器將到位信號(hào)送入單片機(jī)INT0，經(jīng)邏輯處理后關(guān)閉電磁閥停止加風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓶膽長(zhǎng)度的自動(dòng)控制。瓶膽拉底工藝及長(zhǎng)度控制原理如圖3所示。
2.2 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)將紅外技術(shù)、微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用了紅外測(cè)控技術(shù)，針對(duì)瓶膽長(zhǎng)度控制中存在的關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)行了特殊的抗干擾電路設(shè)計(jì)，有效地解決了惡劣環(huán)境下瓶膽長(zhǎng)度的檢測(cè)問(wèn)題。系統(tǒng)由紅外傳感器、抗干擾電路、霍爾傳感器、光電傳感器、8751單片機(jī)、計(jì)數(shù)顯示、工作過(guò)程動(dòng)態(tài)顯示、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 主程序
主程序包括初始化程序、鍵盤掃描程序及計(jì)數(shù)顯示程序。計(jì)數(shù)采用了六位七段數(shù)碼管，運(yùn)用動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行顯示。程序流程圖見(jiàn)圖5(a)。
3.2 INT1中斷服務(wù)子程序
瓶膽長(zhǎng)度控制的實(shí)現(xiàn)是利用霍爾傳感器檢測(cè)到瓶膽到達(dá)長(zhǎng)度控制工位信號(hào)后向單片機(jī)申請(qǐng)中斷INT1，開(kāi)啟加風(fēng)電磁閥，使長(zhǎng)度繼續(xù)增加。程序流程圖見(jiàn)圖5(b)。
3.3 INT0中斷服務(wù)子程序
當(dāng)瓶膽長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，由紅外傳感器檢測(cè)到瓶膽長(zhǎng)度到位信號(hào)后向單片機(jī)申請(qǐng)中斷INT0，在INT0中斷服務(wù)子程序" title="子程序">子程序中發(fā)出控制信號(hào)，關(guān)閉加風(fēng)電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)了瓶膽長(zhǎng)度的自動(dòng)控制。程序流程圖見(jiàn)圖5(c)。
3.4 瓶膽計(jì)數(shù)顯示
考慮到工廠對(duì)瓶膽生產(chǎn)的成品量、成品率、成本及工時(shí)核算的要求，在拉底工序長(zhǎng)度檢測(cè)工位后的第一個(gè)工位安裝了一個(gè)封閉式光電檢測(cè)傳感器，將光電檢測(cè)頭安裝在瓶膽頸部。每當(dāng)拉底機(jī)傳送過(guò)來(lái)一個(gè)拉底合格的瓶膽時(shí)，光電傳感器就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，經(jīng)整形、光電隔離后，送入單片機(jī)計(jì)數(shù)器T1進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行顯示。
本文介紹的基于紅外技術(shù)的瓶膽長(zhǎng)度控制系統(tǒng)，為保溫容器行業(yè)瓶膽生產(chǎn)的長(zhǎng)度自動(dòng)控制提供了一種有效的控制手段。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性較高，投入生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行一年來(lái)，性能穩(wěn)定，工作可靠，與未使用該系統(tǒng)的拉底機(jī)相比，成品率改善，一級(jí)品率提高，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999：P151～P155