基于51單片機的傳送帶控制系統(tǒng)分析

王鶴霖 李懷亮

（1.長安大學(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單片機的傳送帶控制系統(tǒng)分析

王鶴霖1李懷亮2

（1.長安大學(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現(xiàn)物料搬運，給人們提供了極大的方便，但是普通的傳送帶并不能實現(xiàn)自動控制，只能通過專人控制運行與否。文章針對超市收銀臺或快遞分揀這種即需要搬運物品又需要停下來記錄一些信息的場合，設(shè)計了一套基于51單片機和超聲波測距的傳送帶控制系統(tǒng)。

51單片機；超聲波測距；傳送帶控制

本系統(tǒng)是對超聲波測距方面的應(yīng)用。超聲波測距屬于一種常規(guī)且已被廣泛使用的非接觸式測距，超聲波碰到障礙后會被反射，測出發(fā)射和反射的時間差，即可算出與物體間的距離，經(jīng)過合理的設(shè)計，精度可高達(dá)3毫米，測距范圍為2厘米到400厘米。在日常生活中，很多場合全用到,如倒車?yán)走_(dá)，智能車避障，工業(yè)測井等都需要非接觸式測距。超聲波測距與其他非接觸式測距相比有很多獨特的優(yōu)點，例如，抗干擾能力強、體積小和易于集成。此外，超聲波測距模塊結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易，而且可以買到現(xiàn)成的模塊，性價比高，與激光測距等非接觸式測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)與障礙物的距離過近時控制傳送帶停止運行，而在與障礙物距離較遠(yuǎn)時則控制傳送帶運行。

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)動超聲波測距電路進(jìn)行測距。單片機將測得距離與預(yù)設(shè)的閾值相比較，并采用繼電器來控制傳送帶的運行。系統(tǒng)包括測距模繼電器模塊、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單片機最常使用的12MHz晶振，保證定時器計時的準(zhǔn)確性；電源電路，本系統(tǒng)采用USB接口的+5V來供電，無需專用的電路模塊，簡單方便。使用時只需占用一個USB接口，也可使用移動電源供電，在PC機關(guān)機時，系統(tǒng)自動關(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)運行；復(fù)位電路，復(fù)位電路采用的是上電自動復(fù)位。在單片機的RST端和Vss端之間接一個約8200歐姆的下拉電阻，在單片機的RST端和單片機Vcc引腳之間連接一個約10uF的電容，通過電容兩端電壓不能突變和電容充電的原理來維持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系列單片機起源于Intel公司的8004單片機，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)，價格低廉、易于維護(hù)和應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，在各個領(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，并且在51單片機內(nèi)加入了自己的優(yōu)勢特性。

超聲波測距，本系統(tǒng)的測距電路直接采用HC-SR04模塊。HC-SR04模塊為目前用的比較廣泛的一種超聲波測距模塊，有性能穩(wěn)定、測度距離精確、價格便宜等優(yōu)點。HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(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IO口，其中TRIG（控制帶）接51單片機的P20口，ECHD（接收端）接單片機的P21口。HC-SR04模塊采用IO口TRIG來觸發(fā)測距，使用時給HC-SR04模塊10us以上的高電平信號，模塊就會自動發(fā)送8個40kHz的方波，并自動檢測是否有信號返回。當(dāng)有信號返回時，模塊就通會過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測得距離即為（高電平時間*聲速(340M/S))/2（見圖1）。

圖1 超聲波

傳送帶控制，控制電路由單片機來控制NPN型三極管的基級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。單片機在收到測距信號之后，將測得的距離與設(shè)定的閾值進(jìn)行對比，當(dāng)距離很近時就控制三極截止，進(jìn)而使傳送帶停止運行，貨物，此時就可以記錄貨物的信息了。當(dāng)貨物被拿走，單片機測得距離比預(yù)設(shè)的閾值大，傳送帶就會運行，把下一個貨物送到工作人員面前。而且考慮到繼電器在斷電時電磁鐵會產(chǎn)生很大的反向電流，可能擊穿三極管并對單片機產(chǎn)生不良的影響，我們就在繼電器線圈兩端接上一個二極管分流反向電流，以達(dá)到保護(hù)三極管和單片機的作用。

三、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，面向過程，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、測距子程序、定時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單片機為主控芯片，采用的HC-SR04超聲波測距模塊作為測距輸入電路，配合一些外圍電路可以實現(xiàn)對傳送帶的控制。HC-SR04超聲波測距模塊測距范圍為2厘米到400厘米，精度可高達(dá)3毫米，完全可滿足收銀臺或快遞分揀等場合的要求。系統(tǒng)價格低，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.單片機微型計算機應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2001．

[3]時德剛,劉嘩.超聲波測距的研究[J].計算機測量與控制,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，長安大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)2014級學(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)院實驗師，研究方向：嵌入式領(lǐng)域研究與應(yīng)用、自動化控制研究與應(yīng)用。