一種自動化履帶傳送機及其計數器的設計與實現

皮 梁 陳愛華

（江西冶金職業技術學院，江西 新余 338000）

0 引言

自動化履帶傳送機主要用于鋼鐵、煤炭、水泥、港口和電力等工廠中型、重型散狀物料的輸送，由于履帶傳送貨物具有輸送機動力消耗低、輸送量大、運行可靠、質量輕，便于移動、維修方便等諸多優點，在很多中小型企業及物流企業的中大型物料輸送過程中也開始廣泛應用，是當前工廠車間散狀物料輸送的主要方式[1-3]。輸送機在輸送物料的同時，還須設置計數器，對輸送的物料進行準確計數。部分中小型企業，特別是小型企業在對中大型物料進行傳送過程中，并不要求物料傳送機的計數器具有很高的控制性能，更多的是考慮成本控制，要求物料傳送機具有工作穩定可靠、價格低廉及易于維護等特點。針對以上應用場景，該文設計研究了一種自動化履帶傳送機模型及其計數器樣機，該自動化履帶傳送機及其計數器由機架、履帶、簡述馬達、傳送輥、皮帶輪、遙控器、對襯式紅外傳感器和數碼管等組成。通過遙控器控制傳送履帶的正反轉，進而實現運輸履帶輸送物料的功能，在履帶輸送物料的過程中，由紅外傳感器及計數器電路對自動履帶上的物料進行計數，同時由數碼管顯示物料數值。

1 系統功能設計要求

1.1 功能要求

該自動化履帶傳送機及其計數器模型由機架、履帶、簡述馬達、傳送輥、皮帶輪、遙控器及計數硬件電路等組成。手動或遙控器控制簡述馬達的正反轉，通過皮帶輪傳動，依靠履帶和皮帶輪張緊時產生的摩擦力，帶動傳送輥轉運，傳送輥再帶動履帶移動實現對物料的傳送，在履帶傳送物料的過程中，每個物料依次在同一方向穿過紅外發射、接收系統，形成計數脈沖，計數脈沖經過邏輯電路的加工、計數，再通過數碼管顯示輸送物料的數量，實現對物料的自動計數功能。同時，該自動化履帶傳送機及其計數器具有手動復位、清零、自動計數、達到設置計數值后自動停車、緊急停車等功能。

1.2 系統工作原理及流程

該自動化履帶傳送機及其計數器模型通過變壓、整流、濾波和穩壓4 個環節，將220 V 交流電降為交流12 V，再經過橋式整流電路將12 V 交流電整流為直流12 V，使用瓷片電容進行濾波，同時由穩壓芯片LM7809 進行穩壓，輸出穩定12 V 直流電。系統模型工作時綠色LED 發光，當物料經過紅外發射與接收系統時，555 計數脈沖電路啟動工作開始計數，物料計數以先進后出的形式，通過紅外裝置形成一個計數單位。同時，計數器顯示電路通過2 個數碼管顯示物料通過的數量，可顯示“00～99”的數值。

2 硬件電路設計

2.1 元器件選擇

該文所述的自動化履帶傳送機及其計數器由機械部分和硬件電路部分組成，機械部分由機架、履帶、簡述馬達、傳送輥及皮帶輪等組成，電路部分主要由三端正電源穩壓模塊IC1（LM7809）、555 定時器IC2（NE555）、十進制可逆計數器IC3、IC4（CD40110）、晶體三極管VT1（9014）、對襯式紅外發射器及接收管VDT、共陰極數碼管DSH1、DSH2、發光二極管LED1、綠色發光二極管（電源指示燈）及相關電阻按鈕等元器件組成。主要電氣元器件如下。

2.1.1 三端正電源穩壓模塊（LM7809）

三端正電源穩壓模塊主要用于穩定直流電壓，穩定輸出電壓為正9 V，最大輸出電流1.5 A。

2.1.2 555定時器（NE555）

555 定時器是一種中規模集成電路，它將模擬與邏輯功能巧妙地組合在一起，具有結構簡單、使用電壓范圍寬、工作速度快、定時精度高、驅動能力強等優點[4-5]。

2.1.3 十進制可逆計數器（CD40110）

十進制可逆計數器（CD40110）具有加減計數，計數器狀態鎖存，七段顯示譯碼等功能。

2.1.4 對襯式紅外發射器及接收管

對襯式紅外發射器及接收管是利用紅外線作為介質的一種測量工具，通過紅外線發射管在一定范圍內向外發射光線，從而達到控制信號的作用。

2.1.5 共陰極數碼管

共陰極數碼管由8 個發光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其他管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據發光字段的不同組合可顯示出各種數字或字符。

2.2 系統電路原理圖

根據電路擬實現的功能，選擇電氣元器件并確定其參數值，繪制電路原理圖，使用Protel DXP2004 電子設計軟件搭建自動化履帶及其計數器電路原理圖模型，如圖1 所示。

3 系統調試

3.1 自動化履帶及其計數器實物模型

使用電子仿真軟件Proteus 對該自動化履帶及其計數器進行電子仿真，結果顯示簡述馬達及計數器電路可以實現預期功能。組裝機架、履帶、簡述馬達、傳送輥及皮帶輪等機械部件，應用Protel DXP2004電子設計軟件制作PCB電路印制電路板模型，完成電子電氣元器件選型并參照PCB 印制電路板模型，使用單層板完成計數器電路焊接組裝，制作自動化履帶及其計數器實物模型。

3.2 系統調試

系統工作時，按下手動啟動按鍵或遙控啟動按鈕，馬達啟動并帶動履帶傳動，進而輸送物料移動，同時計數器IC3、IC4的5 腳高電平復位，兩個數碼管顯示“00”。物料經過紅外傳感器VDT 時，555 定時器的2、6 腳為低電平，3 腳輸出高電平，發光二極管LED1 得電發亮，脈沖輸入，反映物料到達。同時，晶體三極管VT1 導通，其集電極輸出低電平，當物料從紅外傳感器VDT 中抽出，晶體三極管VT1 的集電極恢復高電平，產生一個正脈沖，代表檢測物料一次，該脈沖加至計數器IC3 的CP 端，數碼管顯示數值“01”，物料依次送入送出，數碼管累加顯示，直至計數器設定值已計滿，不再接受計數，設定計數值范圍為“0～99”。若需重復計數，須手按復位鍵清零，方可繼續計數。

圖1 自動化履帶及其計數器電路原理圖

4 結語

通過電子仿真，搭建履帶傳送機及其計數器并運行實驗，該自動化履帶傳送機及其計數器能自動實現物料的輸送并實現對物料的計數，具有手動復位、清零、達到計數值后自動停車、緊急停車等功能，滿足了預期的功能要求。同時，該自動化履帶傳送機及計數器系統機械結構簡單，計數器電路部分所選用電氣元器件技術成熟、制造成本低廉，運行穩定可靠。適用于中小型工廠自動化履帶傳送物料及物料計數工作，可有效替代部分人工，有利于提高企業生產率。同時，該自動化履帶計數器存在一定的改進潛力，如增大數顯范圍、與可編程控制器或其他控制系統進行自動化聯網等，使其應用領域進一步拓寬。