一種電線電纜生產線專用智能計米器的研制

熊鐵軍，酈文忠，鄢澤林（核工業西南物理研究院，四川成都 ，610225）

一種電線電纜生產線專用智能計米器的研制

熊鐵軍，酈文忠，鄢澤林
（核工業西南物理研究院，四川成都 ，610225）

本文詳細介紹了電線電纜生產中專用智能計米器的電路設計與實現方法，詳細介紹了智能計米器的功能、電路內部軟件C語言程序和硬件電路工作原理，對局部電路有深入的分析。通過Keil編程仿真軟件不斷的調整C程序直到符合要求，再利用電路仿真軟件Proteus進行模擬仿真，使電路的性能達到設計要求。然后進行智能計米器的電路焊接與元器件組裝，將智能計米器實體電路制作出來，并且經過嚴格的測試，使計米器最終能運用于實際的電線電纜生產過程。

電線電纜；過線輪；定長；總長；單片機

0 引言

電線電纜在工農業生產、國防等領域有著廣泛的應用。電線電纜在生產過程中，對電線電纜的成品盤整時需要對電線電纜的長度進行準確計量，以保證產品的質量與數量。然而在實際的工程中，由于生產線采用的是機械式計米器，使電線電纜的實際長度計量存在較大的誤差，給電線電纜生產帶來不應有的損失和影響。機械式計米器產生電線電纜長度計量不準確的原因是（1）機械式計米器的內部齒輪打滑，（2）當電線電纜線徑發生變化時機械計米器很難壓緊電線電纜；因此，研制了無接觸式智能計米器。

研制工作基于STC89C52單片機系統，包括硬件電路和軟件C程序兩部分，即由三位十進制數碼管，定長、總長BCD碼數字撥盤，STC89C52單片機系統，紅外光電傳感器等部分組成計米器智能測量顯示系統；在本系統中，利用光電傳感器產生脈沖信號，經過整形放大輸入到STC89C52單片機外部中斷進行處理計算，在BCD碼數字撥盤設置定長和總長，將電線電纜的過線輪周長平均分為4~6等份，稱之為定長，每產生一個脈沖信號就累加一等份長度定長，定長以厘米為單位，定長超過100厘米時，單片機自動轉換為以米為單位，并且在數碼管上顯示出來，人們可以直接讀出電線電纜的長度，當長度累加到總長時計數停止，此時由單片機系統向外部電路發出一個指令，切斷電線電纜，通過智能計米器可以精確的控制與測量電線電纜長度，實現無接觸式的測量，智能計米器具有停電數據保護功能，并且可以很大程度的提高電線電纜的生產效率。

1 控制系統設計

首先，在電線電纜生產線穩定性較好的過線輪上安裝4～6個擋光片，每個擋光片間距的弧長約30～50厘米，利用擋光片產生脈沖信號，經放大、整形輸出，脈沖信號放大采用LM358運算放大器。其次，利用BCD撥盤設置電線電纜的定長和總長，采用3位7段數碼管進行實時顯示，單位是米；信號處理采用外中斷工作方式；智能計米器具有停電數據保護功能，+5V直流電源采用變壓器降壓全波整流工作方式， LM7805穩壓輸出。硬件系統設計原理框圖如圖1所示。

圖1 電路原理框圖

2 硬件電路設計

2.1 光電傳感器電路

光電傳感器電路由紅外發射接收二極管構成，由于紅外發射和接收相距的距離短，因此，紅外發射二極管和接收二極管均采用直流工作方式，在加限流電阻，其阻值分別為470Ω、1K；當過線輪擋光片通過紅外發射接收二極管時，在接收二極管側產生變化脈沖信號，并輸出，如圖2所示。

圖2 光電信號處理電路

2.2 信號放大電路

信號放大電路由LM358運算放大器和偏置電阻構成，由于C5隔直電容的作用，輸入到運算放大器LM 358里的脈沖信號較弱，必須加以放大，經20倍的反相放大后變為不規則的脈沖信號，其放大倍數由電阻R5、R6決定，其放大倍數數值為R5除以R6，如圖2所示；電容C9是對高頻信號衰減作用，圖3是電容C9對高頻信號衰減的波特圖，其中，|A(S)|為信號放大電路的增益幅度，1+(R5/R6)為噪聲增益，fp為信號放大電路的頻率極點。

圖3 信號放大電路波特圖

2.3 整形電路

由于放大后的脈沖信號存在有一定的噪聲信號，必須加以整形，整形電路由濾波電容C4、比較器電路、反相器電路，電容C8起隔直作用，電容C4對高頻信號濾波作用，比較器的比較電位為電源的十分之一；反相器4069起電位反相和脈沖整形的作用，提供標準脈沖信號，以保證無信號時其輸出為高電平，因為單片機外中斷要求低電平信號有效。

2.4 定長設置電路

定長設置電路由兩位BCD撥盤設置，其單位為厘米，其兩位數值由電線電纜生產中過線輪擋光片等分弧長確定，其計算公式如下：

其中：L表示等分弧長，R表示過線輪的半徑，r表示電線電纜的半徑，n為過線輪等分個數，L、R、r的單位均為厘米。定長設置的兩位BCD撥盤有8位二-十進制數據分別與單片機STC89C52的P0端口相連，個位連接P0.0~P0.3端口，十位連接P0.4～P0.7端口。如圖4所示。

2.5 總長設置電路

總長設置電路由兩位BCD撥盤設置，其最大值為99米，數值的設置可根據電線電纜生產的要求進行，一般情況下均設置為99米?？傞L設置的兩位BCD撥盤有8位二-十進制數據分別與單片機STC89C52的P2端口相連，個位連接P2.0~P2.3端口，十位連接P2.4~P2.7端口。如圖4所示。

2.6 計米顯示電路

計米顯示電路由共陰極三位LED七段數碼管組成，采用動態掃描方式，對計米數據進行實時顯示，三位LED七段數碼管的段碼均與單片機的P1端口相連，其位碼通過三極管S8050與電源負極相連，三個三極管的基極分別與單片機的P3.0、P3.1、P3.6端口相連，分別控制三位數碼管的個、十、百位，如圖4所示。

2.7 單片機控制系統

系統的主控制芯片為單片機STC89C52，它是STC公司生產的一種低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，具有8K系統可編程FLASH存儲器，512字節RAM，32位I/O口線，內置4KB的EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。

單片機采用外中斷方式，根據外中斷優先級要求，外中斷int0（P3.2）作為計米啟動信號開始計米，低電平有效，外中斷int1（P3.3）作為光電脈沖信號接收端，負跳變有效，當外中斷int1（P3.3）達到計米數值時，單片機停止計米，顯示計米結果，并發出聲光提示信號（P3.7）。電路采用12MHz的晶振。如圖4所示。

圖4 單片機控制電路

3 系統軟件程序設計

本設計采用C語言進行程序編寫，與匯編語言相比C語言無論是在功能上還是在結構上都有明顯的優勢，并且程序可讀性好、易維護。本C語言程序設計采用外中斷工作方式，主程序結構框圖如圖5所示。首先，開啟中斷IE，其值設為0X81，設置定時器/計數器控制寄存器TCON，TCON設置為0X04，外中斷采用int0低電平（P3.2）、int1負跳變（P3.3）方式；中斷優先級設置IP，IP設置為0X01，外中斷int0（P3.2）具有最高級；數據顯示方式采用查表方式。其次，本C程序設計還包括顯示子程序、開始中斷子程序、計數中斷子程序等，對各子程序的單次或周期性調用，不僅將程序執行過程簡化，結構層次清晰，而且提高了程序的執行效率。圖6為C語言程序在Keil編程軟件調試結果，無錯誤，無警告，C語言程序正確。

圖5 主程序框圖

4 結束語

本文所設計的電線電纜生產線專用智能計米器是基于單片機STC89C52的系統，經調試運行取得成功，說明電路系統的硬件和軟件設計合理，電路系統受外界環境因素影響小，抗干擾能力較強，測量精度有保障，操作方便簡單，并且有停電數據保護功能，安全可靠。

通過測試，該系統完全滿足設計要求，具有電路簡單，易于開發，成本低，在廠家生產線實際測試使用取得成功，得到使用廠家的好評。此研制項目已申請實用新型專利。

圖6 Keil編程軟件調試結果

[1] 張義和，王敏男.例說51單片機[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2] 鐘睿.MCS-51單片機原理及應用開發技術[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[3] 胡漢才.單片機原理及系統設計[M].北京：清華大學出版社，2002. [4] 譚浩強，張基溫，康永炎.C語言程序設計教程[M].北京：高等教育出版社，2003.

Development of an intelligent record meter for wire and cable production line

Xiong Tiejun,Li Wenzhong, Yan Zelin
（Southwestern Institute of Physics for Nuclear Industry，Chengdu Sichun，610225）

This paper introduces the circuit design and realization method of intelligent meter gauge wire and cable production technical secondary school, describes the smart meter internal software function, C language program and hardware circuit principle, in-depth analysis of the local circuit. Through the Keil programming simulation software, the C program is constantly adjusted until the requirements are met. Then the circuit simulation software Proteus is used to simulate the simulation, so that the performance of the circuit can meet the design requirements. Then it is the component assembly welding circuit of intelligent meter, smart meter circuit entity is produced, and it is through the strict test, the final meter can be used in the actual production process of wire and cable.

Wire and cable; Over wire wheel; Fixed length;Total length; Single chip microcomputer