王鶴霖 李懷亮

（1.長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院 陜西西安 710021；2.綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

基于51單片機(jī)的傳送帶控制系統(tǒng)分析

王鶴霖1李懷亮2

（1.長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院 陜西西安 710021；2.綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

傳送帶可以很方便的實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)，給人們提供了極大的方便，但是普通的傳送帶并不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，只能通過(guò)專人控制運(yùn)行與否。文章針對(duì)超市收銀臺(tái)或快遞分揀這種即需要搬運(yùn)物品又需要停下來(lái)記錄一些信息的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了一套基于51單片機(jī)和超聲波測(cè)距的傳送帶控制系統(tǒng)。

51單片機(jī)；超聲波測(cè)距；傳送帶控制

本系統(tǒng)是對(duì)超聲波測(cè)距方面的應(yīng)用。超聲波測(cè)距屬于一種常規(guī)且已被廣泛使用的非接觸式測(cè)距，超聲波碰到障礙后會(huì)被反射，測(cè)出發(fā)射和反射的時(shí)間差，即可算出與物體間的距離，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，精度可高達(dá)3毫米，測(cè)距范圍為2厘米到400厘米。在日常生活中，很多場(chǎng)合全用到,如倒車?yán)走_(dá)，智能車避障，工業(yè)測(cè)井等都需要非接觸式測(cè)距。超聲波測(cè)距與其他非接觸式測(cè)距相比有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如，抗干擾能力強(qiáng)、體積小和易于集成。此外，超聲波測(cè)距模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，而且可以買到現(xiàn)成的模塊，性價(jià)比高，與激光測(cè)距等非接觸式測(cè)距相比可以極大地降低成本。傳送帶控制的主要思路是，當(dāng)與障礙物的距離過(guò)近時(shí)控制傳送帶停止運(yùn)行，而在與障礙物距離較遠(yuǎn)時(shí)則控制傳送帶運(yùn)行。

一、系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)采用深圳宏晶公司的STC89C52RC芯片為主控芯片，驅(qū)動(dòng)超聲波測(cè)距電路進(jìn)行測(cè)距。單片機(jī)將測(cè)得距離與預(yù)設(shè)的閾值相比較，并采用繼電器來(lái)控制傳送帶的運(yùn)行。系統(tǒng)包括測(cè)距模繼電器模塊、主控芯片和外圍電路。

二、系統(tǒng)硬件組成

晶振電路，本系統(tǒng)的晶振電路采用51單片機(jī)最常使用的12MHz晶振，保證定時(shí)器計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性；電源電路，本系統(tǒng)采用USB接口的+5V來(lái)供電，無(wú)需專用的電路模塊，簡(jiǎn)單方便。使用時(shí)只需占用一個(gè)USB接口，也可使用移動(dòng)電源供電，在PC機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，也可以使用帶開關(guān)的USB線，方便操作人員控制系統(tǒng)運(yùn)行；復(fù)位電路，復(fù)位電路采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。在單片機(jī)的RST端和Vss端之間接一個(gè)約8200歐姆的下拉電阻，在單片機(jī)的RST端和單片機(jī)Vcc引腳之間連接一個(gè)約10uF的電容，通過(guò)電容兩端電壓不能突變和電容充電的原理來(lái)維持10ms以上的復(fù)位電壓，以保證可靠的復(fù)位；主控芯片，STC89C52芯片為51系列單片機(jī)的一種，通常采用40引腳的雙列直插封裝形式，內(nèi)設(shè)十分豐富，麻雀雖小，五臟俱全。51系列單片機(jī)起源于Intel公司的8004單片機(jī)，目前經(jīng)歷了30余年的發(fā)展，具有技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，易于開發(fā)，價(jià)格低廉、易于維護(hù)和應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用。ATMEL(艾德梅爾)、Philips(飛利浦)、華邦、Dallas(達(dá)拉斯)、Siemens(西門子)等知名公司都在生產(chǎn)51內(nèi)核的單片機(jī)，并且在51單片機(jī)內(nèi)加入了自己的優(yōu)勢(shì)特性。

超聲波測(cè)距，本系統(tǒng)的測(cè)距電路直接采用HC-SR04模塊。HC-SR04模塊為目前用的比較廣泛的一種超聲波測(cè)距模塊，有性能穩(wěn)定、測(cè)度距離精確、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm。HC-SR04模塊包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器與控制電路等部分。模塊有四個(gè)IO口，其中TRIG（控制帶）接51單片機(jī)的P20口，ECHD（接收端）接單片機(jī)的P21口。HC-SR04模塊采用IO口TRIG來(lái)觸發(fā)測(cè)距，使用時(shí)給HC-SR04模塊10us以上的高電平信號(hào)，模塊就會(huì)自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。當(dāng)有信號(hào)返回時(shí)，模塊就通會(huì)過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)得距離即為（高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2（見圖1）。

圖1 超聲波

傳送帶控制，控制電路由單片機(jī)來(lái)控制NPN型三極管的基級(jí)電壓使三極管工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，進(jìn)而控制繼電器的通斷。單片機(jī)在收到測(cè)距信號(hào)之后，將測(cè)得的距離與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)距離很近時(shí)就控制三極截止，進(jìn)而使傳送帶停止運(yùn)行，貨物，此時(shí)就可以記錄貨物的信息了。當(dāng)貨物被拿走，單片機(jī)測(cè)得距離比預(yù)設(shè)的閾值大，傳送帶就會(huì)運(yùn)行，把下一個(gè)貨物送到工作人員面前。而且考慮到繼電器在斷電時(shí)電磁鐵會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流，可能擊穿三極管并對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生不良的影響，我們就在繼電器線圈兩端接上一個(gè)二極管分流反向電流，以達(dá)到保護(hù)三極管和單片機(jī)的作用。

三、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，面向過(guò)程，以應(yīng)用最廣的Keil5為集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)。代碼主要包括主程序、測(cè)距子程序、定時(shí)中斷程序和傳送帶控制子程序(見圖2）。

圖2 程序流程圖

四、總結(jié)

本系統(tǒng)采用深圳宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)為主控芯片，采用的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊作為測(cè)距輸入電路，配合一些外圍電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶的控制。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊測(cè)距范圍為2厘米到400厘米，精度可高達(dá)3毫米，完全可滿足收銀臺(tái)或快遞分揀等場(chǎng)合的要求。系統(tǒng)價(jià)格低，精度高，大量生產(chǎn)可進(jìn)一步減少成本。

[1]朱定華，戴汝平.單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:北方交通大學(xué)出版社，2003．

[2]徐仁貴，廖哲智.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001．

[3]時(shí)德剛,劉嘩.超聲波測(cè)距的研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2002.

[責(zé)任編輯 鄭麗娟]

TP273

A

2095-0438（2017）08-0156-02

2017-04-29

王鶴霖（1995-）,男，黑龍江綏化人，長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)2014級(jí)學(xué)生，研究方向：嵌入式系統(tǒng)；李懷亮（1982-），男，黑龍江綏化人,綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向：嵌入式領(lǐng)域研究與應(yīng)用、自動(dòng)化控制研究與應(yīng)用。