智能循跡小車在制藥生產(chǎn)中的傳送

李汝山 孫彥萍 孟 濤

（山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255049）

0 引言

眾所周知，制藥業(yè)是全球十大高盈利行業(yè)之一，與人們的生活息息相關(guān)，也是我國的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。中國制藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要由13億多人口的疾病治療、保健康復(fù)、生育等必需的醫(yī)藥消費所帶動。自改革開放以來，中國醫(yī)藥業(yè)的產(chǎn)值年均增長率在16.6%左右，“八五”期間發(fā)展速度最快，年平均增長率為22%，“九五”期間仍保持年平均增長率17%的發(fā)展速度。醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2001年總值為2770億元人民幣，占大陸GDP的2.9%；2002年醫(yī)藥工業(yè)總值為3300億元人民幣，占GDP的3.2%左右，增幅達18.8%，高于全球醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)年平均增長率13%。目前，我國啟動了新醫(yī)改，國際市場的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移也帶來更多的機會，使制藥業(yè)更加快速地發(fā)展。制藥產(chǎn)業(yè)是典型的流水線作業(yè)，藥物傳送是流水線中的一個重要環(huán)節(jié)。因此，提高傳送效率對提高整個產(chǎn)業(yè)鏈的高效性有很大的作用，同樣也會使制作空間能夠得到更大的利用。

1 系統(tǒng)模塊的介紹

1.1 STC89C52單片機

單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整的計算機系統(tǒng)，也被稱為微控制器（M icro controller）。它最早被應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。目前國內(nèi)外用的較多的是以51內(nèi)核擴展出的單片機，即通常所說的51單片機。STC89C52單片機是51單片機系列中的一種帶8K字節(jié)閃爍、可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MSC-51指令集和輸出管腳相兼容。

1.2 紅外循跡模塊

在智能循跡小車的設(shè)計中使用的是一體反射式紅外對管，所謂一體就是發(fā)射管和接收管固定在一起，反射式紅外對管的工作原理就是接收管收到的信號是發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)過反射物的反射后得到的。紅外檢測輸出如圖1所示。使用紅外對管進行循跡時必須是白色軌道加黑色引導(dǎo)條。

電路由1組紅外對管、電位器、運算放大器和電阻組成，電阻R1起到限流的作用，用來控制發(fā)光管發(fā)出紅外信號的強弱。接收管實際上是一個光敏三極管基極的光電流經(jīng)過放大后流經(jīng)電阻R2產(chǎn)生電壓與電位器調(diào)節(jié)后得到的電壓進行比較。A1與電阻組成1個比較器。在有紅外信號返回時OUT端輸出高電平，反之輸出低電平。

紅外探測檢測到黑線輸出低電平0 V，檢測到白線輸出高電平3.75～5 V。

1.3 電機驅(qū)動模塊

電機驅(qū)動模塊的主要功能是驅(qū)動小車輪子轉(zhuǎn)動，使小車行進。由于從控制模塊輸出的信號功率很弱，即使在沒有其他外在負(fù)載的情況下也無法帶動電機。所以在實際的電路中需要加入電機驅(qū)動芯片提高輸入電機信號的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機轉(zhuǎn)動。驅(qū)動芯片比較常見的是15腳封裝的L298N，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，可以方便驅(qū)動2個直流電機，或1個兩相步進電機。

L298N電機驅(qū)動器是一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片，采用15腳封裝，如圖2所示。

該芯片的主要特點：

（1）工作電壓高，最高工作電壓可達46 V；

（2）輸出電流大，瞬間峰值電流可達3 A，持續(xù)工作電流為2 A；

（3）額定功率25W，內(nèi)含2個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載；

（4）采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；

（5）具有2個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作，有1個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；

（6）可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動1臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動2臺直流電機。

圖3為L298N內(nèi)部原理圖。OUT1、OUT2與小車的一個電機的正負(fù)極相連，OUT3、OUT4與另一個電機的正負(fù)極相連，單片機通過控制IN1與IN2、IN3與IN4分別控制電機的正反轉(zhuǎn)。ENA與ENB分別控制2個電機的使能。

2 智能循跡小車工作原理介紹

2.1 智能循跡小車的運動控制

采用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制中心，用L298N電機驅(qū)動器控制2個直流電機進而控制左右輪的轉(zhuǎn)動。此外，通過輸入PWM脈寬調(diào)制信號對電機進行調(diào)速控制，運用2個紅外線傳感器檢測跑道，控制電機的停止與轉(zhuǎn)動。在制藥車間中，設(shè)計一些傳輸軌道，主要是圓周型的，當(dāng)然直線型也適用，在軌道上按需要用黑色引導(dǎo)條設(shè)計出黑色軌跡（小車的運行軌跡）。在傳送過程中小車將按照設(shè)定的路線智能自動地運行。小車啟動后，車身前方的2個傳感器開始工作，當(dāng)檢測到黑色引導(dǎo)條時，單片機系統(tǒng)將根據(jù)接收到的信號調(diào)用對應(yīng)程序控制電機的轉(zhuǎn)動，進而控制小車的運行方向。同時，利用測速模塊和單片機編程控制小車在特定路程中的速度。例如：在工作人員取放藥物的時候速度應(yīng)該減慢，而在傳送過程中應(yīng)盡可能地提高速度，以便提高整個傳輸過程的傳送效率。

2.2 電路控制原理

電路控制原理圖如圖4所示。

2.3 流水線作業(yè)模擬

制藥傳輸中一般采用傳送帶傳送的方式，傳送帶的部分運送軌道一般為直線型。這種傳送方式占用空間較大，而且對于工作人員的工作區(qū)間分配也存在限制（工作人員只能在傳送帶兩旁工作）。而利用智能循跡小車傳送，可以按照要求設(shè)計成各種弧形軌道。比如可以設(shè)計圓周型軌道，采用多輛小車同時工作的模式，使傳送效率得以提高。同時，工作人員可沿圓周分配，工作過程中，圓周的一部分工作人員將要傳送的藥品放在運行的小車上，當(dāng)運行到圓周的另一部分時，由接收的工作人員取下藥物，完成藥物的一次傳輸。之后，小車?yán)^續(xù)運動，循環(huán)傳送與接收藥物。在整個過程中，小車的運動完全在單片機的控制下自行進行，不需要額外工作人員的掌控，這樣就更加節(jié)省了人員的分配。圖5為實際流水線工作中小車運行模式的模擬。

3 結(jié)語

藥物傳送在制藥產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛，智能循跡小車為藥物傳送提供了一種新方式，其不僅應(yīng)用世界領(lǐng)先的新技術(shù)使工業(yè)發(fā)展更加智能化，而且更加有效地分配了人力資源。多個學(xué)科的相互滲透使技術(shù)的應(yīng)用更加合理化，這將會更加有效地提高制藥工業(yè)的生產(chǎn)效率。

［1］郭天祥.51單片機C語言教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011