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摘 要： 设计一种对圆签、扁签进行分拣的系统，系统利用光敏三极管的光电转换特性，采用微处理器对检测信号进行处理。介绍系统的组成和性能特点，阐述系统软硬件的设计。
关键词： 竹签；分拣；光电
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110053-01
0 引言
随着人们生活水平的提高，竹签的消费市场不断扩大，对竹签品质的要求也不断提高。特别是出口产品对圆形竹签的圆度要求严格。当前在竹签生产过程中对竹签外观的分拣操作主要由人工完成，劳动量大，效率低，误拣率高。采用非接触式、自动化的分拣方法成为竹签生产的迫切要求。
1 系统功能及组成介绍
1.1 系统的功能
本分拣系统使用于竹签加工过程中，用于对拉丝加工后生产的圆柱形竹签进行圆柱度的检测和对检测结果所识别的合格圆签和不合格的扁签进行分类。
1.2 系统的组成
该系统由检测模块、CPU主控模块、分拣动作模块、输入模块和显示模块五部分组成。检测模块主要由两组光敏三极管组成，负责对进入检测区域的竹签圆度进行检测，并将结果传送给主CPU；主CPU模块用于整个系统的控制，主要包括接收输入模块的控制参数，对检测模块发送来的数据进行分析处理，根据判断结果对分拣动作模块进行输出控制；分拣动作模块主要是用于对检测后的竹签进行去向分流，实现分类归放；输入模块和显示模块作为系统的人机交互界面，操作者可以对系统的参数进行设置，并可随时观看到系统的工作状态。圆扁签分拣系统的原理框图如图1所示。
2 系统的硬件设计
2.1 检测模块
通过对合格的圆签和不合格的扁签的对比观察，发现不合格竹签的不圆横截面缺陷方式都是一致的，这是由拉丝成圆形的加工之前的竹条裁切尺寸不均造成的。检测模块主要由两组互成90°的发光管和光敏三极管组成，安装在竹签下落管道上，圆签、扁签横截面对比及检测模块安装位置如图2、图3所示。系统工作时，竹签经由比竹签稍大的下落管道自由落下，经过传感器检测范围时，竹签会阻挡住由发光管向光敏三极管发射的光线，若是扁签，则由于在竹签两个方向上的截面的宽度不同，挡住的光量多少有所不同，使得光敏三极管接受到的光量有所差别，因此通过光敏三极管的光电转换效应，两组传感器电路得到的输出电压将有所不同。检测模块的功能即是将得到的模拟信号传送至主控CPU的A/D通道，以便于CPU进行比较和判断当前竹签截面宽度是否一致，是否合格。由于竹签检测是在快速运动且发光管采用的是可见光，为了尽量减少外界日光和灯光干扰，保证检测效果，竹签的下落管道用不透光材料进行包裹。
2.2 CPU主控模块
该系统CPU模块采用ATmega16单片机作为控制芯片，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及單时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，并具有8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC引脚。其引脚端口便捷的使用性能和高速的数据处理能力完全可以满足对传感器采集到的模拟量电压信号进行实时处理的需求。CPU主控模块负责接收输入模块对系统参数的设置信息，如两传感器信号差异值多大可当作本批次产品合格与不合格品的区分值等，在每根竹签通过时，从ADC引脚读入两组传感器电压信号，进行比对，通过处理判断发出是否驱动下落通道下方的分拣挡板动作的控制信号，并统计分拣的总数和增加相应圆签或扁签的数目，及分拣时间等。
2.3 分拣动作模块
分拣动作模块主要由一个继电器控制的电磁阀连接着的分拣挡板及两个集料槽组成。分拣模块由主控CPU控制，当CPU依据当前检测结果做出判断后，将控制电磁阀是打开或者闭合，其连接受控的挡板将把由上方落下的竹签依据结果引向圆签或是扁签的收集料槽中，完成最终的分拣目的。
2.4 人机界面设计
输入模块和显示模块共同构成系统的人机交互界面，即可通过输入模块对系统参数进行设置和调整，也可通过显示模块对系统参数和工作状态进行观察。为了便于操作、显示及和单片机控制模块相连接，系统采用4×4矩阵式薄膜开关键盘作为输入的控制面板，采用可显示中文的12864LCD液晶屏作为显示器。
3 系统的软件设计
3.1 系统的软件功能
系统软件设计与硬件一样也采用模块化并使用中断并行设计技术，使系统易于功能扩展和升级。各模块控制程序均采用C语言编程。主控CPU模块初始化后，通过显示器展示相应程序模块，有主菜单页面、密码管理页面、规格选择页面、参数设置页面、监控页面、报警页面、统计页面等。
3.2 检测数据采集和处理方式
本系统分拣的依据是检测模块得到的电压差值ΔV大小作为竹签圆或扁的程度标准，因此对ΔV的处理显得尤为重要。方式一，可连续短时间内分别采集两个传感器的数据V11、V12、V13、V21、V22、V23，使用均值滤波的方式得到ΔV=（V11+V12+V13）/3-（V21+V22+V23）；方式二，使用数据最大差值的方式得到ΔV：IF（V11>V21），ΔV=max{V1}-min{V2}，IF（V21>V11），ΔV=max
{V2}-min{V1}。实践表明，使用方式二可实现更高的正确分拣率。
4 结束语
本文设计的竹签分拣系统采用高性能的AVR单片机作处理器，光敏三极管作为检测传感器，保证系统检测精度的同时又降低了软硬件设计的复杂度，良好的人机界面增加了系统的人性化。系统采用的数据处理算法具有良好的可靠性。
参考文献：
[1]潘雪涛，传感器原理与检测技术[M].北京：国防工业出版社，2011.5.
[2]宋文绪，传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2009.11.
关键词： 竹签；分拣；光电
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110053-01
0 引言
随着人们生活水平的提高，竹签的消费市场不断扩大，对竹签品质的要求也不断提高。特别是出口产品对圆形竹签的圆度要求严格。当前在竹签生产过程中对竹签外观的分拣操作主要由人工完成，劳动量大，效率低，误拣率高。采用非接触式、自动化的分拣方法成为竹签生产的迫切要求。
1 系统功能及组成介绍
1.1 系统的功能
本分拣系统使用于竹签加工过程中，用于对拉丝加工后生产的圆柱形竹签进行圆柱度的检测和对检测结果所识别的合格圆签和不合格的扁签进行分类。
1.2 系统的组成
该系统由检测模块、CPU主控模块、分拣动作模块、输入模块和显示模块五部分组成。检测模块主要由两组光敏三极管组成，负责对进入检测区域的竹签圆度进行检测，并将结果传送给主CPU；主CPU模块用于整个系统的控制，主要包括接收输入模块的控制参数，对检测模块发送来的数据进行分析处理，根据判断结果对分拣动作模块进行输出控制；分拣动作模块主要是用于对检测后的竹签进行去向分流，实现分类归放；输入模块和显示模块作为系统的人机交互界面，操作者可以对系统的参数进行设置，并可随时观看到系统的工作状态。圆扁签分拣系统的原理框图如图1所示。
2 系统的硬件设计
2.1 检测模块
通过对合格的圆签和不合格的扁签的对比观察，发现不合格竹签的不圆横截面缺陷方式都是一致的，这是由拉丝成圆形的加工之前的竹条裁切尺寸不均造成的。检测模块主要由两组互成90°的发光管和光敏三极管组成，安装在竹签下落管道上，圆签、扁签横截面对比及检测模块安装位置如图2、图3所示。系统工作时，竹签经由比竹签稍大的下落管道自由落下，经过传感器检测范围时，竹签会阻挡住由发光管向光敏三极管发射的光线，若是扁签，则由于在竹签两个方向上的截面的宽度不同，挡住的光量多少有所不同，使得光敏三极管接受到的光量有所差别，因此通过光敏三极管的光电转换效应，两组传感器电路得到的输出电压将有所不同。检测模块的功能即是将得到的模拟信号传送至主控CPU的A/D通道，以便于CPU进行比较和判断当前竹签截面宽度是否一致，是否合格。由于竹签检测是在快速运动且发光管采用的是可见光，为了尽量减少外界日光和灯光干扰，保证检测效果，竹签的下落管道用不透光材料进行包裹。
2.2 CPU主控模块
该系统CPU模块采用ATmega16单片机作为控制芯片，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及單时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，并具有8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC引脚。其引脚端口便捷的使用性能和高速的数据处理能力完全可以满足对传感器采集到的模拟量电压信号进行实时处理的需求。CPU主控模块负责接收输入模块对系统参数的设置信息，如两传感器信号差异值多大可当作本批次产品合格与不合格品的区分值等，在每根竹签通过时，从ADC引脚读入两组传感器电压信号，进行比对，通过处理判断发出是否驱动下落通道下方的分拣挡板动作的控制信号，并统计分拣的总数和增加相应圆签或扁签的数目，及分拣时间等。
2.3 分拣动作模块
分拣动作模块主要由一个继电器控制的电磁阀连接着的分拣挡板及两个集料槽组成。分拣模块由主控CPU控制，当CPU依据当前检测结果做出判断后，将控制电磁阀是打开或者闭合，其连接受控的挡板将把由上方落下的竹签依据结果引向圆签或是扁签的收集料槽中，完成最终的分拣目的。
2.4 人机界面设计
输入模块和显示模块共同构成系统的人机交互界面，即可通过输入模块对系统参数进行设置和调整，也可通过显示模块对系统参数和工作状态进行观察。为了便于操作、显示及和单片机控制模块相连接，系统采用4×4矩阵式薄膜开关键盘作为输入的控制面板，采用可显示中文的12864LCD液晶屏作为显示器。
3 系统的软件设计
3.1 系统的软件功能
系统软件设计与硬件一样也采用模块化并使用中断并行设计技术，使系统易于功能扩展和升级。各模块控制程序均采用C语言编程。主控CPU模块初始化后，通过显示器展示相应程序模块，有主菜单页面、密码管理页面、规格选择页面、参数设置页面、监控页面、报警页面、统计页面等。
3.2 检测数据采集和处理方式
本系统分拣的依据是检测模块得到的电压差值ΔV大小作为竹签圆或扁的程度标准，因此对ΔV的处理显得尤为重要。方式一，可连续短时间内分别采集两个传感器的数据V11、V12、V13、V21、V22、V23，使用均值滤波的方式得到ΔV=（V11+V12+V13）/3-（V21+V22+V23）；方式二，使用数据最大差值的方式得到ΔV：IF（V11>V21），ΔV=max{V1}-min{V2}，IF（V21>V11），ΔV=max
{V2}-min{V1}。实践表明，使用方式二可实现更高的正确分拣率。
4 结束语
本文设计的竹签分拣系统采用高性能的AVR单片机作处理器，光敏三极管作为检测传感器，保证系统检测精度的同时又降低了软硬件设计的复杂度，良好的人机界面增加了系统的人性化。系统采用的数据处理算法具有良好的可靠性。
参考文献：
[1]潘雪涛，传感器原理与检测技术[M].北京：国防工业出版社，2011.5.
[2]宋文绪，传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2009.11.