5.4.3 电气控制系统
(1)电气控制总体结构
图5.16为电气控制总体结构图，根据图像处理模块的不同，透明药剂中可见异物智能检测的电气控制系统可以采用基于PC+PLC结构。
基于PC机的透明药剂中可见异物智能检测系统包含电气控制系统，由传送带运行模块、执行击出模块和视觉模块构成。传送带运行模块包括PLC、导入轮盘、导出轮盘、主轮盘和一组位置传感器。导入轮盘为一进瓶机构，起着调整瓶间间距和改变瓶子运行方向的作用。导入轮盘和主轮盘以切线式衔接，使得透明药剂瓶可以顺利过渡到主轮盘。主轮盘由回转式生产线改造而成，主要完成待检测产品图像采集的工作。为了能得到输液中异物运动的序列图像，将整个主轮盘划分为四个区域：高速旋转区、减速旋转区、急停区和检测完成区。该四个区域的运行状态均由主轮盘控制器控制。透明药剂在高速旋转区以较高的速度高速旋转，形成由透明药剂溶液表面直至瓶底的旋涡；之后进入减速旋转区，旋转速度降低，此时旋涡逐渐消失，溶液面趋于水平；在急停区，透明药剂立即停止旋转，此时主轮盘控制器通知PLC，由PLC控制图像采集模块采集此时的序列图像；检测完成区与导出轮盘以切线式连接，将检测完后的产品送回至直线型生产线。
图5.16 电气控制系统框图
视觉模块由工业相机、图像采集卡、工控机和LED光源构成。相机位于主轮盘的圆心位置，负责连续采集被检透明药剂的序列图像，并通过图像采集卡将图像信息转化为数字信号，传递给工控机进行处理，得到被检透明药剂的质量情况。处理的结果由RS232串口通信传递给PLC。LED光源构成整个检测系统的照明模块。为获得统一的成像背景，并得到异物高对比度的清晰成像，系统采用一个环形红色LED光源以45°方向角，在急停区内侧照射待检测的透明药剂瓶。
执行击出模块包括摆动臂、伺服电动机与计数传感器等。计数传感器安装在气动击出器附近。透明药剂瓶从导出轮盘输出回直线型生产线上后，PLC通过计数传感器计下透明药剂瓶在生产线上的位置，并与从工控机中得到的检测结果进行比较。如果该位置上的透明药剂瓶为次品，PLC则控制伺服电动机通过摆动臂将该产品击出至回收生产线。
(2)PLC控制部分
PLC控制(Programmable Logic Controller可编程控制器)部分主要功能是为了控制机械转轮的运动并与计算机进行通信，在整个系统工程中起桥梁的作用。单片机控制部分主要包括如下几个模块：电源模块为整个单片机硬件部分提供稳定的电源；RS232串口模块提供单片机与计算机之间的实时控制信号与数据信息的传输；光电传感模块为实时捕捉目标瓶到来时的信号，并进入单片机的外部中断口，再通过串口向计算机发送开始检测信号；继电器模块功能是单片机通过控制它来实现对无线发送模块的控制；无线控制模块主要用来控制机械轮旋转时对四个小电机的控制，无线方式解决了旋转供电与控制的硬件麻烦。
(3)微控制器模块
在扩展电路设计中，我们使用的微处理器是STC89C52单片机。它是一种低功耗、高速且高可靠的单片机，它有3个定时器、四个8位并行端口，对整个系统的要求来说已经足够了。
(4)电源模块(https://www.daowen.com)
电源模块先由变压器降压，通过一个整流桥堆整流，然后用大容量的电解电容进行滤波，最后采用L7805电源稳压芯片来稳定输出电压。L7805是一种低压差电压调节器，它的稳定电压为5.0V，适合单片机的工作电压。
(5)RS232串口通信硬件电路
STC89C52单片机有一个全双工的串行通信口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通信。进行串行通信时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。
(6)光电传感硬件电路
系统所用的光电传感器型号是MOC70T4光电传感器，它具有体积小、外形集成便于安装并且快速而稳定等特点。当它右边通电后便不断向光感应三极管发射特定波长的波以使三极管处于导通状态。我们设计了一个三极管反向电路来搭配使用此光电传感器，刚好使有目标出现时便在INT0端产生一个下降沿信号来触发单片机的外部中断，使系统响应更快。
(7)继电器控制硬件电路
本系统继电器的型号是HRA-S-DC5V，它可以承受24V1A 的直流电压，并且响应速度比较快，满足了我们系统硬件的要求。我们在设计这个电路的过程中，为了保护继电器，在其电源两端加了一个续流二极管。
(8)四路无线开关模块电路
由于机械转轮在旋转工作过程中需要外部对其提供电源及控制信号，而既有自转又有公转使得机械硬件部分的电路更加复杂。为此，我们采用了如图5.17所示的四路无线开关模块，大大简化了电路设计。
图5.17 系统硬件整体模块图
四路无线开关模块主要由接收天线、PT2272解码芯片及四个继电器等组成。而对应的发射部分则由发射天线、PT2262编码芯片等组成。
