基于红外感应控制的安全传送带设计研究

喻迟心琢 刘子承 陆帅 孟东容

【摘 要】在分析现有传送带作业原理的基础上，本文设计的基于红外线传感器的安全控制系统通过感应人员与传送带的距离，能够监控整个传送作业的启停状态，进而提高传送系统的安全性，改善人为作业环境，并能有效避免意外伤害的发生。

【关键词】红外线感应器;控制系统;传送带;系统设计

1 引言

传送带系统的相关研究距今已有近百年的历史，根据不同工况的要求，不同种类的特种传送带构成了一个巨大的体系。根据需求，特种传送带可被分为弯曲型、线摩擦型、大倾角型、可伸缩型、吊挂型、管式、波纹挡边式、气垫式、压带式、钢丝绳牵引式和钢带式等类型，它们根据设计可适用于多种特殊场合。管式和吊挂式传送带因其密封性好，适用于有环保要求或物料不应受外界环境影响的工况;波纹挡边传送带可以做大倾角甚至垂直提升，在卸船和竖井提升中得到应用;压带式大倾角传送带主要用于下挖式斗轮挖掘机上，其倾角可达35º，从而有效缩短了斗轮臂架的长度。

2總体设计

本文在原有传送带设计基础上开展研究，增加了红外感控系统，利用红外线感应器控制原有传送带的启停，实现人员误入安全作业区域时对传送器作业的急停功能，避免对人员造成伤害。红外线感应器的作用机理是红外线的反射原理，使用红外感应器是为了生产的方便和安全，并且节能作用明显。红外传感器在生活中经常被用于感应水龙头、红外感应马桶、手扶电梯等产品。其工作原理为身体的某一个部位进入到红外线感应的区域后阻挡了红外发射器的信号，红外线接收管无法收到反馈信号，其结果会反馈到主控制器，之后使用驱动电路控制电磁阀通断，从而实现对被控对象的启停或者其他控制要求。

3 控制系统设计

控制系统是保证系统安全的核心部分，重点集中在控制芯片的选择和红外传感器的选型。

3.1控制芯片选择

本设计选取的芯片为AT89C52，此芯片稳定性好，价格低廉且能满足本文系统的控制需求，晶振选择12MHZ石英晶振。供电方式上，选取5V电压供电，一个上位机的USB或者市售普通移动电源就可以实现供电。复位电路作用很重要，本系统选取上电自动复位的方式。在芯片的vss和rst两个端口需要接通一个8200Ω的电阻，两个端口之间各接一个10uF电容。

3.2 红外线传感器选型

本设计采用的感应模块为人体热释电红外线传感器，它是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器，由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。一般人体都有恒定的体温，一般在37°，所以会发出特定波长约为10μm的红外线。人体发射的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经采样处理后即可完成相应控制。

3.3电机控制系统设计

本设计采用闭环PI调节器进行控。经过交流电-晶闸管-桥式整流-滤波-平波电抗器等流程后电动机才能得到直流的小脉冲电量。电机想要获取励磁也是在这其中的环节，电流通过电路，但是电路必须是励磁电路才可以启动作业。

4 软件设计

软件程序设计需考虑速度测取与相关计算。为了准确测得直流电动机的旋转速度，采用数字测速法来换算速度。系统编程采用模块化设计方法，与各子程序作为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LCD显示等部分的设计，其核心是PWM脉宽控制部分。

本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制，使用的函数为DLYLEVEL的带参数，产生约为DLYLEVEL*400us的延时，脉冲周期是由两种系数组成的，其中一种是高电平的hlt，另一种就是低电平的llt，25Hz恰好就是本次设计采用的频率，hlt+llt=100，空间彼得占有率为hlt/（hlt+llt），因此需要调速，进行定频宽度进行调速后利用程序去更改hlt，llt。

为了满足电机的启动和停止要求，需缓慢调整PWM占空比，启动后需要完成从静止到匀速的过程，停止时需要缓慢减小PWM占空比使之缓慢变为0。此方式启停可减小对电机的伤害。

5结论

借鉴现有传送带技术，增加红外感应控制系统，以实现对传送带运转的自动控制，减少作业过程中人身伤害的发生概率，有效提高了作业安全性、生产作业的经济性以及生产效率。

参考文献：

[1]庞宝良，邱锦川，蒋支禾.煤矿带式输送机电软起动器性能比较[J].煤矿现代化，2003（5）：30-32.

[2]吕超.PLC传送带电控系统的设计与实现[J].通信电源技术，2018，35（10）：88-89.

[3]王晓兵，徐春霞，张志国.基于PLC的TERPP产品智能传送带系统的设计与实现[J].工业仪表与自动化装置，2018，（4）：79-82.

（作者单位：1.西北工业大学;2.武警工程大学;3.西京学院）