基于紅外感應(yīng)控制的安全傳送帶設(shè)計(jì)研究

喻遲心琢 劉子承 陸帥 孟東容

【摘?要】在分析現(xiàn)有傳送帶作業(yè)原理的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)的基于紅外線傳感器的安全控制系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)人員與傳送帶的距離，能夠監(jiān)控整個(gè)傳送作業(yè)的啟停狀態(tài)，進(jìn)而提高傳送系統(tǒng)的安全性，改善人為作業(yè)環(huán)境，并能有效避免意外傷害的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】紅外線感應(yīng)器;控制系統(tǒng);傳送帶;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

傳送帶系統(tǒng)的相關(guān)研究距今已有近百年的歷史，根據(jù)不同工況的要求，不同種類(lèi)的特種傳送帶構(gòu)成了一個(gè)巨大的體系。根據(jù)需求，特種傳送帶可被分為彎曲型、線摩擦型、大傾角型、可伸縮型、吊掛型、管式、波紋擋邊式、氣墊式、壓帶式、鋼絲繩牽引式和鋼帶式等類(lèi)型，它們根據(jù)設(shè)計(jì)可適用于多種特殊場(chǎng)合。管式和吊掛式傳送帶因其密封性好，適用于有環(huán)保要求或物料不應(yīng)受外界環(huán)境影響的工況;波紋擋邊傳送帶可以做大傾角甚至垂直提升，在卸船和豎井提升中得到應(yīng)用;壓帶式大傾角傳送帶主要用于下挖式斗輪挖掘機(jī)上，其傾角可達(dá)35o，從而有效縮短了斗輪臂架的長(zhǎng)度。

2總體設(shè)計(jì)

本文在原有傳送帶設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上開(kāi)展研究，增加了紅外感控系統(tǒng)，利用紅外線感應(yīng)器控制原有傳送帶的啟停，實(shí)現(xiàn)人員誤入安全作業(yè)區(qū)域時(shí)對(duì)傳送器作業(yè)的急停功能，避免對(duì)人員造成傷害。紅外線感應(yīng)器的作用機(jī)理是紅外線的反射原理，使用紅外感應(yīng)器是為了生產(chǎn)的方便和安全，并且節(jié)能作用明顯。紅外傳感器在生活中經(jīng)常被用于感應(yīng)水龍頭、紅外感應(yīng)馬桶、手扶電梯等產(chǎn)品。其工作原理為身體的某一個(gè)部位進(jìn)入到紅外線感應(yīng)的區(qū)域后阻擋了紅外發(fā)射器的信號(hào)，紅外線接收管無(wú)法收到反饋信號(hào)，其結(jié)果會(huì)反饋到主控制器，之后使用驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的啟?；蛘咂渌刂埔蟆?/p>

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是保證系統(tǒng)安全的核心部分，重點(diǎn)集中在控制芯片的選擇和紅外傳感器的選型。

3.1控制芯片選擇

本設(shè)計(jì)選取的芯片為AT89C52，此芯片穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉且能滿足本文系統(tǒng)的控制需求，晶振選擇12MHZ石英晶振。供電方式上，選取5V電壓供電，一個(gè)上位機(jī)的USB或者市售普通移動(dòng)電源就可以實(shí)現(xiàn)供電。復(fù)位電路作用很重要，本系統(tǒng)選取上電自動(dòng)復(fù)位的方式。在芯片的vss和rst兩個(gè)端口需要接通一個(gè)8200Ω的電阻，兩個(gè)端口之間各接一個(gè)10uF電容。

3.2 紅外線傳感器選型

本設(shè)計(jì)采用的感應(yīng)模塊為人體熱釋電紅外線傳感器，它是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。一般人體都有恒定的體溫，一般在37°，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)約為10μm的紅外線。人體發(fā)射的紅外線通過(guò)菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)采樣處理后即可完成相應(yīng)控制。

3.3電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行控。經(jīng)過(guò)交流電-晶閘管-橋式整流-濾波-平波電抗器等流程后電動(dòng)機(jī)才能得到直流的小脈沖電量。電機(jī)想要獲取勵(lì)磁也是在這其中的環(huán)節(jié)，電流通過(guò)電路，但是電路必須是勵(lì)磁電路才可以啟動(dòng)作業(yè)。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)需考慮速度測(cè)取與相關(guān)計(jì)算。為了準(zhǔn)確測(cè)得直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，采用數(shù)字測(cè)速法來(lái)?yè)Q算速度。系統(tǒng)編程采用模塊化設(shè)計(jì)方法，與各子程序作為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過(guò)程的入口，完成鍵盤(pán)輸入、按鍵識(shí)別和功能、PWM脈寬控制和LCD顯示等部分的設(shè)計(jì)，其核心是PWM脈寬控制部分。

本設(shè)計(jì)中采用軟件延時(shí)方式對(duì)脈沖寬度進(jìn)行控制，使用的函數(shù)為DLYLEVEL的帶參數(shù)，產(chǎn)生約為DLYLEVEL*400us的延時(shí)，脈沖周期是由兩種系數(shù)組成的，其中一種是高電平的hlt，另一種就是低電平的llt，25Hz恰好就是本次設(shè)計(jì)采用的頻率，hlt+llt=100，空間彼得占有率為hlt/（hlt+llt），因此需要調(diào)速，進(jìn)行定頻寬度進(jìn)行調(diào)速后利用程序去更改hlt，llt。

為了滿足電機(jī)的啟動(dòng)和停止要求，需緩慢調(diào)整PWM占空比，啟動(dòng)后需要完成從靜止到勻速的過(guò)程，停止時(shí)需要緩慢減小PWM占空比使之緩慢變?yōu)?。此方式啟停可減小對(duì)電機(jī)的傷害。

5結(jié)論

借鑒現(xiàn)有傳送帶技術(shù)，增加紅外感應(yīng)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制，減少作業(yè)過(guò)程中人身傷害的發(fā)生概率，有效提高了作業(yè)安全性、生產(chǎn)作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性以及生產(chǎn)效率。

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（作者單位：1.西北工業(yè)大學(xué);2.武警工程大學(xué);3.西京學(xué)院）