摘 要： 針對保溫瓶膽生產中的瓶膽長度可靠檢測這一問題，采用了紅外測控技術" title="測控技術">測控技術，設計了特殊的抗干擾電路，實現了瓶膽長度的自動控制。介紹了單片機瓶膽長度控制系統" title="控制系統">控制系統的設計思想和設計方法。
關鍵詞： 紅外技術 瓶膽長度? 自動控制? 抗干擾? 計數
目前，在國內二十余家保溫容器生產廠家中，保溫瓶膽的生產均采用內外膽真空鍍銀技術，瓶膽的成型要經過胚料、吹制、拉底、封口、鍍銀、打壓、檢驗等工序。長期以來，瓶膽生產普遍存在著破損多、產品難以規格化、成品率不高(僅達50%左右)、生產效率低等問題。其中拉底工序中的瓶膽長度控制是影響產品成品率的主要因素之一。在傳統拉底工序中，依靠煤氣燃燒直接將料胚加熱，由機器拉底，傳送帶定時傳送，瓶膽長度全靠人工經驗調節各工位進風量進行控制。由于風壓無法保持恒定，因此造成長短瓶數量增多，破損量加大，成品率降低。解決這一問題的根本途徑在于實現瓶膽長度的自動控制。本文提出的基于紅外技術的瓶膽長度控制系統可有效地解決這一問題。
1 紅外檢測" title="紅外檢測">紅外檢測原理及抗干擾電路設計
1.1紅外檢測原理
本系統采用的紅外發射器件不是通以直流電發射連續的紅外光，而是通以一定頻率且占空比很大的脈沖電流，發出0.93μm左右的紅外光，由紅外接受器件以對射方式進行檢測。由于紅外線對玻璃制品具有很強的透射性，故利用瓶膽拉底半球面形成過程中球面頂端阻擋紅外線產生的第一個信號為到位信號Q，向單片機申請中斷，由CPU進行邏輯處理，從而實現了瓶膽長度的到位檢測。
1.2 抗干擾電路設計
瓶膽拉底現場環境十分惡劣，據現場實測結果，噪聲達95dB，可見光照度為100LX，不僅有日光、照明燈光、煤氣燃燒的可見光及輻射紅外光，還有發射與接受之間由于煤氣燃燒產生的火焰，因此，紅外檢測的可靠性就成為本系統設計與應用的關鍵。在這種情況下要使本系統能夠可靠工作，除了排除電磁、粉塵、噪音等干擾外，還必須有效地分離可見光、燃燒輻射的紅外光與系統發射的調制紅外光。為此本系統采用了脈沖調制方式以消除光電轉換和傳輸過程中的干擾，同時為了提高系統的抗干擾能力，進行了特殊的抗干擾電路設計，如圖1所示。該電路由傳感器、紅外調制發射、紅外接收、選通判斷、解調等電路組成。
振蕩器產生的方波信號P1經波形變換I變成窄脈沖信號P2，此信號經功率放大后激勵紅外管發射調制紅外光，再將調制脈沖P2與受光器件" title="光器件">光器件接收到的脈沖P4通過選通門進行相位比較，只有與調制脈沖同頻率且同相位的信號，才有可能通過選通門，而阻擋其他可見光和煤氣燃燒的輻射紅外光以及噪聲干擾產生的干擾信號。最后經解調器(D觸發器)同步解調。振蕩器產生的方波信號經波形變換Ⅱ變成P3后作為觸發器的CP信號，而把展寬了的選通脈沖引到觸發器的輸入端。當受光器件接收到紅外脈沖時，產生選通脈沖P5，每次CP信號到來后觸發器Q端總呈現高電平“1”，而當受光器件未接收到紅外脈沖時，選通脈沖消失，接收到CP后觸發器Q端變為低電平“0”，此信號即可作為瓶膽長度到位信號。工作波形如圖2所示。
2 系統構成
2.1瓶膽拉底工藝及長度控制原理
保溫瓶膽外膽成型及長度取決于拉底工序。胚料在拉底機定時間歇傳送過程中，要經過預熱、拉底、加熱及預吹制、長度控制、冷卻、成型、長度檢測及打底部眼等工位。本系統采用控制吹制過程中最后一個工位的加風時間來實現底部成型及長度控制。當霍爾傳感器(安裝于曲柄部位)檢測到有瓶膽到達加工工位后，向單片機申請中斷INT1，由單片機輸出信號經光隔、驅動后接通電磁閥開始加風，紅外傳感器發出的不可見紅外脈沖作為測控信號；瓶膽未到達規定長度時，繼續加風使長度增加，當瓶膽到達規定長度時，由紅外傳感器將到位信號送入單片機INT0，經邏輯處理后關閉電磁閥停止加風，從而實現了對瓶膽長度的自動控制。瓶膽拉底工藝及長度控制原理如圖3所示。
2.2 系統組成
本系統將紅外技術、微電子技術與計算機控制技術有機地結合起來，采用了紅外測控技術，針對瓶膽長度控制中存在的關鍵問題，進行了特殊的抗干擾電路設計，有效地解決了惡劣環境下瓶膽長度的檢測問題。系統由紅外傳感器、抗干擾電路、霍爾傳感器、光電傳感器、8751單片機、計數顯示、工作過程動態顯示、伺服執行機構等構成。系統構成如圖4所示。
3 系統軟件設計
3.1 主程序
主程序包括初始化程序、鍵盤掃描程序及計數顯示程序。計數采用了六位七段數碼管，運用動態掃描方式進行顯示。程序流程圖見圖5(a)。
3.2 INT1中斷服務子程序
瓶膽長度控制的實現是利用霍爾傳感器檢測到瓶膽到達長度控制工位信號后向單片機申請中斷INT1，開啟加風電磁閥，使長度繼續增加。程序流程圖見圖5(b)。
3.3 INT0中斷服務子程序
當瓶膽長度到達設定值時，由紅外傳感器檢測到瓶膽長度到位信號后向單片機申請中斷INT0，在INT0中斷服務子程序" title="子程序">子程序中發出控制信號，關閉加風電磁閥，從而實現了瓶膽長度的自動控制。程序流程圖見圖5(c)。
3.4 瓶膽計數顯示
考慮到工廠對瓶膽生產的成品量、成品率、成本及工時核算的要求，在拉底工序長度檢測工位后的第一個工位安裝了一個封閉式光電檢測傳感器，將光電檢測頭安裝在瓶膽頸部。每當拉底機傳送過來一個拉底合格的瓶膽時，光電傳感器就產生一個脈沖，經整形、光電隔離后，送入單片機計數器T1進行計數，經數據轉換采用動態掃描方式進行顯示。
本文介紹的基于紅外技術的瓶膽長度控制系統，為保溫容器行業瓶膽生產的長度自動控制提供了一種有效的控制手段。系統結構簡單、成本低、可靠性較高，投入生產實際運行一年來，性能穩定，工作可靠，與未使用該系統的拉底機相比，成品率改善，一級品率提高，產生了良好的經濟效益，具有一定的推廣應用價值。
參考文獻
1 李朝青.單片機原理及接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1999：P151～P155