智能循迹小车在制药生产中的传送

李汝山 孙彦萍 孟 涛

（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255049）

0 引言

众所周知，制药业是全球十大高盈利行业之一，与人们的生活息息相关，也是我国的战略产业。中国制药产业的发展主要由13亿多人口的疾病治疗、保健康复、生育等必需的医药消费所带动。自改革开放以来，中国医药业的产值年均增长率在16.6%左右，“八五”期间发展速度最快，年平均增长率为22%，“九五”期间仍保持年平均增长率17%的发展速度。医药产业规模在2001年总值为2770亿元人民币，占大陆GDP的2.9%；2002年医药工业总值为3300亿元人民币，占GDP的3.2%左右，增幅达18.8%，高于全球医药产业年平均增长率13%。目前，我国启动了新医改，国际市场的产业转移也带来更多的机会，使制药业更加快速地发展。制药产业是典型的流水线作业，药物传送是流水线中的一个重要环节。因此，提高传送效率对提高整个产业链的高效性有很大的作用，同样也会使制作空间能够得到更大的利用。

1 系统模块的介绍

1.1 STC89C52单片机

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整的计算机系统，也被称为微控制器（M icro controller）。它最早被应用于工业控制领域。目前国内外用的较多的是以51内核扩展出的单片机，即通常所说的51单片机。STC89C52单片机是51单片机系列中的一种带8K字节闪烁、可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MSC-51指令集和输出管脚相兼容。

1.2 红外循迹模块

在智能循迹小车的设计中使用的是一体反射式红外对管，所谓一体就是发射管和接收管固定在一起，反射式红外对管的工作原理就是接收管收到的信号是发射管发出的红外光经过反射物的反射后得到的。红外检测输出如图1所示。使用红外对管进行循迹时必须是白色轨道加黑色引导条。

电路由1组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成，电阻R1起到限流的作用，用来控制发光管发出红外信号的强弱。接收管实际上是一个光敏三极管基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成1个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平。

红外探测检测到黑线输出低电平0 V，检测到白线输出高电平3.75～5 V。

1.3 电机驱动模块

电机驱动模块的主要功能是驱动小车轮子转动，使小车行进。由于从控制模块输出的信号功率很弱，即使在没有其他外在负载的情况下也无法带动电机。所以在实际的电路中需要加入电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需要控制电机转动。驱动芯片比较常见的是15脚封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便驱动2个直流电机，或1个两相步进电机。

L298N电机驱动器是一种高电压、大电流电机驱动芯片，采用15脚封装，如图2所示。

该芯片的主要特点：

（1）工作电压高，最高工作电压可达46 V；

（2）输出电流大，瞬间峰值电流可达3 A，持续工作电流为2 A；

（3）额定功率25W，内含2个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；

（4）采用标准逻辑电平信号控制；

（5）具有2个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有1个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；

（6）可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动1台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动2台直流电机。

图3为L298N内部原理图。OUT1、OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3、OUT4与另一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2、IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与ENB分别控制2个电机的使能。

2 智能循迹小车工作原理介绍

2.1 智能循迹小车的运动控制

采用STC89C52单片机作为系统的控制中心，用L298N电机驱动器控制2个直流电机进而控制左右轮的转动。此外，通过输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制，运用2个红外线传感器检测跑道，控制电机的停止与转动。在制药车间中，设计一些传输轨道，主要是圆周型的，当然直线型也适用，在轨道上按需要用黑色引导条设计出黑色轨迹（小车的运行轨迹）。在传送过程中小车将按照设定的路线智能自动地运行。小车启动后，车身前方的2个传感器开始工作，当检测到黑色引导条时，单片机系统将根据接收到的信号调用对应程序控制电机的转动，进而控制小车的运行方向。同时，利用测速模块和单片机编程控制小车在特定路程中的速度。例如：在工作人员取放药物的时候速度应该减慢，而在传送过程中应尽可能地提高速度，以便提高整个传输过程的传送效率。

2.2 电路控制原理

电路控制原理图如图4所示。

2.3 流水线作业模拟

制药传输中一般采用传送带传送的方式，传送带的部分运送轨道一般为直线型。这种传送方式占用空间较大，而且对于工作人员的工作区间分配也存在限制（工作人员只能在传送带两旁工作）。而利用智能循迹小车传送，可以按照要求设计成各种弧形轨道。比如可以设计圆周型轨道，采用多辆小车同时工作的模式，使传送效率得以提高。同时，工作人员可沿圆周分配，工作过程中，圆周的一部分工作人员将要传送的药品放在运行的小车上，当运行到圆周的另一部分时，由接收的工作人员取下药物，完成药物的一次传输。之后，小车继续运动，循环传送与接收药物。在整个过程中，小车的运动完全在单片机的控制下自行进行，不需要额外工作人员的掌控，这样就更加节省了人员的分配。图5为实际流水线工作中小车运行模式的模拟。

3 结语

药物传送在制药产业中应用广泛，智能循迹小车为药物传送提供了一种新方式，其不仅应用世界领先的新技术使工业发展更加智能化，而且更加有效地分配了人力资源。多个学科的相互渗透使技术的应用更加合理化，这将会更加有效地提高制药工业的生产效率。

［1］郭天祥.51单片机C语言教程［M］.北京：电子工业出版社，2011