ckxf1412基于单片机的包装盒纸光电检测电路设计

基于单片机的包装盒纸光电检测电路设计安徽科达自动化集团股份有限公司成立于2005年6月1日，位于安徽省蚌埠市高新技术产业开发区兴旺路588号，国家烟草局会员单位，工业自动化光机电检测和控制、烟草专用机械零配件、电加热产品的研发、生产、销售。国家“高新技术企业”，荣获“蚌埠市再就业示范基地”、“AAA级标准化良好行为企业”、“安徽省专精特新中小企业”、“安徽省企业技术中心”、“安徽省创新型试点企业”，“安徽省守合同重信用企业”，“安徽省著名商标”、“蚌埠市两化融合企业”、“蚌埠市工业设计中心”、“蚌埠市文明单位”等荣誉称号。已通过ISO9001：2008质量管理体系认证，2013年公司承担了科技部的中小型企业创新基金研发项目，2014年承担安徽省科技攻关项目，2015年承担安徽省企业发展专项资金项目；有2个产品被认定为“安徽省重点新产品”，有5个产品被认定为安徽省新产品，有2项创新技术荣获蚌埠市科技进步奖，有2个产品通过蚌埠市科学技术成果鉴定。自主研发产品近200余种，获得国家专利38项，其中，获得国家发明专利6项，实用新型专利29项,实用新型3项。摘要：本文设计了一种用于制药、食品等轻工业高速生产线上的包装盒纸检测电路。本文设计的检测电路能够对生产中发生包装系统的供盒纸错位、裂断、褶皱等情况进行快速的检测。关键词：单片机；包装盒纸、检测电路前言在制药、食品、印刷、烟草等行业，都要对产品进行纸盒包装，目的是为了产品的保质、美观、便于流通和销售。包装盒要做到纸张平面四边整齐，无错位、裂断、褶皱等情况，否则一律按不合格品剔除。包装机的运行速度很高，一般包装机能力为300件/分钟，而高速包装机则能达到800件/分钟。在生产中会经常发生包装系统的供盒纸错位、裂断、褶皱等情况，如不能立即发现和停机，就会发生包装事故，造成产品损失。因此本文设计了一种基于单片机控制技术和光电检测技术的快速包装盒纸缺陷检测技术。1、总体技术方案本文设计的单片机包装盒纸光电检测电路整体系统方案结构如图1所示，图中第一光耦、第二光耦和第三光耦的发光管和收光管相向的的放置在被检测包装盒纸的上下两侧，设置及多组光耦电路主要是为了全面的检测包装盒纸的状态。当被检测包装盒纸正常时，被检测包装盒纸从相向放置的第一、第二、第三光耦的发光管与收光管之间通过时，各组光耦电路的两个检测光耦都没有受到光的照射，因此对应的各组运放电路将输出低电平，第一、第二、第三放大、隔离电路向单片机输出三路信号均为高电平信号，单片机电路检测到这些信号后，由单片机向输出控制电路输出低电平信号，从而控制状态显示灯的开启与关闭。而当被检测包装盒出现异常时，检测包装盒纸从相向放置的第一、第二、第三光耦的发光管与收光管之间通过时，则三路中有一路以上受光，使第一、第二、第三运算放大器的输入信号有一路以上为高电平，第一、第二、第三放大、隔离电路向单片机输出三路信号中有一路以上为低电平，单片机电路检测到这些信号后，由单片机向输出控制电路输出高电平信号，两路控制信号控制主机和供纸系统的工作，避免包装事故。图1整体系统方案结构2、光耦检测电路本文设计的检测系统中采用了光耦技术来对缺陷信号进行检测，如图2所示，第一光耦Q1、第二光耦Q2、第三光耦Q3收光管的集电极接+5V电源，发射极分别通过电容C8、电容C11及电容C14接地；所述第一、第二、第三放大、隔离电路分别由第一运算放大器AR1电阻R1—电阻R4、电容C7构成的第一线形放大电路与由第四运算放大器AR4、电容C9构成的第一跟随器；由第二运算放大器AR2及电阻R5—电阻R8、电容C10构成的第二线性放大电路与由第五运算放大器AR5、电容C12构成的第二跟随器；由第三运算放大器AR3及电阻R9—电阻R12、电容C13构成的第三线性放大电路与由第六运算放大器AR6、电容C15构成的第三跟随器组成，所述电阻R2、电阻R6、电阻R10分别连接第一光耦Q1、第二光耦Q2、第三光耦Q3的发射极与第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2、第三运算放大器AR3的反相输入端，并联的电阻R1与电容C7，并联的电阻R5与电容C10，并联的电阻R9与电容C13分别接在第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2、第三运算放大器AR3的反相输入端与输出端之间，第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2、第三运算放大器AR3的同相输入端分别通过电阻R4、电阻R8与电阻R11接地，电阻R3、电阻R7、电阻R12分别连接第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2、第三运算放大器AR3的输出与第四运算放大器AR4、第五运算放大器AR5、第运算放大器AR6的同相输入端，第四运算放大器AR4、第五运算放大器AR5、第六运算放大器AR6的同相输入端分别通过电容C9、电容C12、电容C15接地，第四运算放大器AR4、第五运算放大器AR5、第六运算放大器AR6的输出分别接单片机U1的三个内部A/D转换器ADC7、ADC6、ADC5。图2光耦检测电路3、单片机控制电路本文所设计的检测电路中使用了ATmegal16L8AC单片机来作为单片机控制电路的芯片，如图3所示为单片机电路各引脚的接线图。单片机电路由单片机U1、外部振荡电路、复位电路组成，所述外部振荡电路由晶体振荡器Y1及电容C16、电容C17构成；复位电路由电阻R19、电容C18、二极管D2构成。图3单片机控制电路4、输出控制电路本文设计的输出控制电路主要由三极管和运算放大电路组成，其电路设计图如图4所示。输出控制电路由第一三极管Q4、第二三极管Q5、第三三极管Q6，电阻R13—电阻R18，第三二极管D3、第四二极管D4，输出状态显示灯D5及电容C19、C20组成，所述第一三极管Q4、第三三极管Q6为NPN型，第二三极管Q5为PNP型，第一三极管Q4通过串联的电阻R13、电阻R14接地，串联的电阻R13、电阻R14的连接点接单片机U1的一输出脚PB0，第一三极管Q4的发射极与第三三极管Q6的基极通过电阻R15接地，输出状态显示灯D5的负极接第一三极管Q4的集电极，其正极分别通过电阻R17、电阻R18接第二三极管Q5的发射极与基极，第二三极管Q5的发射极接24V电源，并通过电容C20接地，二极管D4接在第二三极管Q5的发射极、集电极间，其集电极输出第一电平控制信号OUTPUT1，并通过电容C19接地，二极管D3、电阻R16并联接在第三三极管Q6的集电极与地之间，第三三极管Q6的集电极输出第二电平控制信号OUTPUT2。图4输出控制电路当被检测的包装盒纸从设置在三个不同位置的第一、第二、第三光耦的发光管与收光管之间正常通过时，三个光耦的收光管不受光，检测电路无控制指令输出；当被检测的包装纸出现错位、裂断、褶皱时，第一、第二、第三光耦三路检测信号中出现一路异常或多路异常，信号经过第一、第二、第三放大、隔离电路实时采集、线性放大、逻辑处理，送到单片机电路进行集中信息处理后向输出控制电路输出控制指令，形成两路电平控制信号输出，通过生产线上的控制器和执行器停止主机和包装盒纸系统的工作（检测反应时间≤0.1秒），以确保盒纸和包装质量，降低包装材料消耗和产品的浪费。5、总结包装盒纸检测电路可有效检测自动化快速生产线包装盒纸质量和供纸状态，当包装盒纸质量和供纸状态出现问题时，能立即发现并发出控制信号同时停止主机和供纸系统的工作，避免事故。参考文献：[1]连孝藩;;浅谈光耦ACPL-332J在变频器中的应用[J];仪表技术;2010年02期[2]张小菊;光耦的特性及在彩电电源电路中的应用[N];电子报;2005年[3]王著;;集成运算放大器放大倍数算法的研究[J];安防科技;2006年01期