一种电线电缆生产线专用智能计米器的研制

熊铁军，郦文忠，鄢泽林（核工业西南物理研究院，四川成都 ，610225）

一种电线电缆生产线专用智能计米器的研制

熊铁军，郦文忠，鄢泽林
（核工业西南物理研究院，四川成都 ，610225）

本文详细介绍了电线电缆生产中专用智能计米器的电路设计与实现方法，详细介绍了智能计米器的功能、电路内部软件C语言程序和硬件电路工作原理，对局部电路有深入的分析。通过Keil编程仿真软件不断的调整C程序直到符合要求，再利用电路仿真软件Proteus进行模拟仿真，使电路的性能达到设计要求。然后进行智能计米器的电路焊接与元器件组装，将智能计米器实体电路制作出来，并且经过严格的测试，使计米器最终能运用于实际的电线电缆生产过程。

电线电缆；过线轮；定长；总长；单片机

0 引言

电线电缆在工农业生产、国防等领域有着广泛的应用。电线电缆在生产过程中，对电线电缆的成品盘整时需要对电线电缆的长度进行准确计量，以保证产品的质量与数量。然而在实际的工程中，由于生产线采用的是机械式计米器，使电线电缆的实际长度计量存在较大的误差，给电线电缆生产带来不应有的损失和影响。机械式计米器产生电线电缆长度计量不准确的原因是（1）机械式计米器的内部齿轮打滑，（2）当电线电缆线径发生变化时机械计米器很难压紧电线电缆；因此，研制了无接触式智能计米器。

研制工作基于STC89C52单片机系统，包括硬件电路和软件C程序两部分，即由三位十进制数码管，定长、总长BCD码数字拨盘，STC89C52单片机系统，红外光电传感器等部分组成计米器智能测量显示系统；在本系统中，利用光电传感器产生脉冲信号，经过整形放大输入到STC89C52单片机外部中断进行处理计算，在BCD码数字拨盘设置定长和总长，将电线电缆的过线轮周长平均分为4~6等份，称之为定长，每产生一个脉冲信号就累加一等份长度定长，定长以厘米为单位，定长超过100厘米时，单片机自动转换为以米为单位，并且在数码管上显示出来，人们可以直接读出电线电缆的长度，当长度累加到总长时计数停止，此时由单片机系统向外部电路发出一个指令，切断电线电缆，通过智能计米器可以精确的控制与测量电线电缆长度，实现无接触式的测量，智能计米器具有停电数据保护功能，并且可以很大程度的提高电线电缆的生产效率。

1 控制系统设计

首先，在电线电缆生产线稳定性较好的过线轮上安装4～6个挡光片，每个挡光片间距的弧长约30～50厘米，利用挡光片产生脉冲信号，经放大、整形输出，脉冲信号放大采用LM358运算放大器。其次，利用BCD拨盘设置电线电缆的定长和总长，采用3位7段数码管进行实时显示，单位是米；信号处理采用外中断工作方式；智能计米器具有停电数据保护功能，+5V直流电源采用变压器降压全波整流工作方式， LM7805稳压输出。硬件系统设计原理框图如图1所示。

图1 电路原理框图

2 硬件电路设计

2.1 光电传感器电路

光电传感器电路由红外发射接收二极管构成，由于红外发射和接收相距的距离短，因此，红外发射二极管和接收二极管均采用直流工作方式，在加限流电阻，其阻值分别为470Ω、1K；当过线轮挡光片通过红外发射接收二极管时，在接收二极管侧产生变化脉冲信号，并输出，如图2所示。

图2 光电信号处理电路

2.2 信号放大电路

信号放大电路由LM358运算放大器和偏置电阻构成，由于C5隔直电容的作用，输入到运算放大器LM 358里的脉冲信号较弱，必须加以放大，经20倍的反相放大后变为不规则的脉冲信号，其放大倍数由电阻R5、R6决定，其放大倍数数值为R5除以R6，如图2所示；电容C9是对高频信号衰减作用，图3是电容C9对高频信号衰减的波特图，其中，|A(S)|为信号放大电路的增益幅度，1+(R5/R6)为噪声增益，fp为信号放大电路的频率极点。

图3 信号放大电路波特图

2.3 整形电路

由于放大后的脉冲信号存在有一定的噪声信号，必须加以整形，整形电路由滤波电容C4、比较器电路、反相器电路，电容C8起隔直作用，电容C4对高频信号滤波作用，比较器的比较电位为电源的十分之一；反相器4069起电位反相和脉冲整形的作用，提供标准脉冲信号，以保证无信号时其输出为高电平，因为单片机外中断要求低电平信号有效。

2.4 定长设置电路

定长设置电路由两位BCD拨盘设置，其单位为厘米，其两位数值由电线电缆生产中过线轮挡光片等分弧长确定，其计算公式如下：

其中：L表示等分弧长，R表示过线轮的半径，r表示电线电缆的半径，n为过线轮等分个数，L、R、r的单位均为厘米。定长设置的两位BCD拨盘有8位二-十进制数据分别与单片机STC89C52的P0端口相连，个位连接P0.0~P0.3端口，十位连接P0.4～P0.7端口。如图4所示。

2.5 总长设置电路

总长设置电路由两位BCD拨盘设置，其最大值为99米，数值的设置可根据电线电缆生产的要求进行，一般情况下均设置为99米。总长设置的两位BCD拨盘有8位二-十进制数据分别与单片机STC89C52的P2端口相连，个位连接P2.0~P2.3端口，十位连接P2.4~P2.7端口。如图4所示。

2.6 计米显示电路

计米显示电路由共阴极三位LED七段数码管组成，采用动态扫描方式，对计米数据进行实时显示，三位LED七段数码管的段码均与单片机的P1端口相连，其位码通过三极管S8050与电源负极相连，三个三极管的基极分别与单片机的P3.0、P3.1、P3.6端口相连，分别控制三位数码管的个、十、百位，如图4所示。

2.7 单片机控制系统

系统的主控制芯片为单片机STC89C52，它是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，具有8K系统可编程FLASH存储器，512字节RAM，32位I/O口线，内置4KB的EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

单片机采用外中断方式，根据外中断优先级要求，外中断int0（P3.2）作为计米启动信号开始计米，低电平有效，外中断int1（P3.3）作为光电脉冲信号接收端，负跳变有效，当外中断int1（P3.3）达到计米数值时，单片机停止计米，显示计米结果，并发出声光提示信号（P3.7）。电路采用12MHz的晶振。如图4所示。

图4 单片机控制电路

3 系统软件程序设计

本设计采用C语言进行程序编写，与汇编语言相比C语言无论是在功能上还是在结构上都有明显的优势，并且程序可读性好、易维护。本C语言程序设计采用外中断工作方式，主程序结构框图如图5所示。首先，开启中断IE，其值设为0X81，设置定时器/计数器控制寄存器TCON，TCON设置为0X04，外中断采用int0低电平（P3.2）、int1负跳变（P3.3）方式；中断优先级设置IP，IP设置为0X01，外中断int0（P3.2）具有最高级；数据显示方式采用查表方式。其次，本C程序设计还包括显示子程序、开始中断子程序、计数中断子程序等，对各子程序的单次或周期性调用，不仅将程序执行过程简化，结构层次清晰，而且提高了程序的执行效率。图6为C语言程序在Keil编程软件调试结果，无错误，无警告，C语言程序正确。

图5 主程序框图

4 结束语

本文所设计的电线电缆生产线专用智能计米器是基于单片机STC89C52的系统，经调试运行取得成功，说明电路系统的硬件和软件设计合理，电路系统受外界环境因素影响小，抗干扰能力较强，测量精度有保障，操作方便简单，并且有停电数据保护功能，安全可靠。

通过测试，该系统完全满足设计要求，具有电路简单，易于开发，成本低，在厂家生产线实际测试使用取得成功，得到使用厂家的好评。此研制项目已申请实用新型专利。

图6 Keil编程软件调试结果

[1] 张义和，王敏男.例说51单片机[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[2] 钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[3] 胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2002. [4] 谭浩强，张基温，康永炎.C语言程序设计教程[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