CN117335785B - 一种新型弱磁检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型弱磁检测装置，涉及弱磁检测技术领域，解决了物流分拣中带磁性包裹易被漏检的技术问题，其技术方案要点是通过与门逻辑模块连接的传感器阵列以及信号处理电路，通过与门逻辑模块将传感器串联起来，能够在有限的体积内串联数量较多的传感器，以能够检测更微小的磁场，紧密排列的传感器成倍的提升了检出率，贴片式芯片极大的缩小了其体积，进一步可以缩小和包裹的距离，从而提高检出率，减少芯片发热。采用微控制器接收传感器信号速度比继电器更快，且能根据时间不同进行滤波处理，几乎不会发生信号丢失。以上措施共同作用，使得实际应用中对弱磁性包裹的检测效果得到大幅提升。
Description
技术领域
本申请涉及弱磁检测技术领域，主要涉及物流分拣中对带磁性包裹的检测，尤其涉及一种新型弱磁检测装置。
背景技术
现代化企业物流应以信息技术为核心，从信息处理、运输、配送、装卸搬运、仓储、库存控制、包装等各个方面大力发展、夯实基础设施，以信息技术为核心实现各个经营环节的信息化、自动化、智能化和集成化。信息技术将对物流企业进行了整合和优化，实现成本控制、提高效率的目的。
信息技术(Information Technology，简称IT)，是现代物流极为重要的部分，也是物流技术中发展最快的领域。一般来说，信息技术包括计算机技术、数据处理技术、通信技术以及机器人技术等。利用信息技术可以对物流中大量的、多变的数据进行快速、准确、及时的采集、分析和处理等，从而加快了信息反应速度。
在包裹分拣过程中，带磁性包裹有吸附在传送装置的可能性，尤其是带磁性的信件。由于物流分拣系统高度自动化，一但发生上述情况，轻则包裹丢失，重则停机人工寻找，需要逐步拆解分拣装置，极大的降低了分拣系统的工作效率。现有技术之一是通过设置安检门的方式对过往信件进行扫描检测，而一般的安检门若使用大量的传感器会导致其体积过大，受限于传感器的数量，现有安检装置对弱磁包裹的检出效果较差。另外，现有安检装置在接收和处理传感器信号时速度较慢，在一些极端情况下很难检测到传感器发出的检测信号，很大程度上降低了对弱磁包裹的检出率。因此，如何对弱磁包裹实现精准检测是本申请即将解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种新型弱磁检测装置，其技术目的是实现对弱磁包裹的精准检测。
本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种新型弱磁检测装置，包括通过与门逻辑模块连接的传感器阵列以及信号处理电路，所述信号处理电路包括微控制器、继电器和显示模块，所述微控制器与所述继电器连接，所述继电器与所述显示模块连接，所述传感器阵列通过所述微控制器与所述继电器连接；每个所述与门逻辑模块包括数量相同且均至少四个的第一输入引脚、第二输入引脚和第一输出引脚，上一级所述与门逻辑模块的各个第一输出引脚分别与下一级所述与门逻辑模块的各个第二输入引脚连接，每个所述第一输入引脚分别与传感器阵列中的一个传感器的输出端连接；最后一个所述与门逻辑模块中，其一半的第一输出引脚与其一半的第一输入引脚分别对应连接，剩余第一输出引脚中的一个输出至所述微控制器，其余的第一输出引脚和第一输入引脚悬空；
其中，所述微控制器通过三极管与所述继电器连接，所述微控制器的输出引脚与第四电阻连接，第四电阻与第二电阻以及三极管的基极均连接，第二电阻的一端与接地端以及三极管的发射极均连接、另一端与第四电阻以及三极管的基极均连接，三极管的集电极与继电器和显示模块均连接；
所述传感器阵列安装在铝制连接棒上，所述传感器阵列由贴片式霍尔传感器构成，所述贴片式霍尔传感器的上表面距离所述铝制连接棒的上表面距离为0.5mm；
所述微控制器用于：
所述微控制器中的程序分别对记录高电平持续时间和低电平持续时间的两个数组进行定义，即高电平持续时间数组和低电平持续时间数组；
所述微控制器通过查询方式对所述与门逻辑模块输入的传感器信号进行检测；若该传感器信号为高电平，则开启高电平时钟进行计数，并将高电平持续时间记录进高电平持续时间数组；若该传感器信号为低电平，则开启低电平时钟进行计数，并将低电平持续时间记录进低电平持续时间数组；
当所述微控制器检测到高电平持续时间大于10ms，且本次高电平前一次的低电平持续时间与本次高电平持续时间之比大于预设阈值时，则视为检测到磁性包裹，所述微控制器向所述继电器输出持续2s的高电平，所述继电器导通；然后初始化高电平持续时间数组和低电平持续时间数组，继续进行检测。
进一步地，所述与门逻辑模块、所述传感器阵列和所述微控制器均通过电源转换模块供电，所述电源转换模块包括LM2576芯片、第一电容、第二电容、第三电容、电感和第二二极管，该LM2576芯片包括输入引脚、第二输出引脚、接地引脚、反馈引脚和开/关引脚，输入电压自输入引脚输入，第一电容的一端接地、另一端与输入引脚连接，接地引脚和开/关引脚接地，第二二极管的阳极接地、阴极与第二输出引脚和第一电感均连接，电感的一端与第二输出引脚和第二二极管的阴极均连接、另一端与反馈引脚、第二电容、第三电容以及电压输出端均连接，第二电容的一端接地、另一端与反馈引脚、电感、第三电容以及电压输出端均连接，第三电容的一端接地、另一端与反馈引脚、电感、第二电容以及电压输出端均连接。
进一步地，最后一个所述与门逻辑模块的一个第一输出引脚通过三孔插座与微控制器的输入引脚连接，所述继电器通过四孔插座连接PLC模块。
进一步地，所述显示模块包括第三二极管和第三电阻，第三二极管的阴极与三极管的集电极和继电器均连接、阳极与第三电阻连接。
进一步地，所述第一电容的容量为100uf，所述第二电容的容量为470uf，所述第三电容的容量为100nf，所述电感的大小为100mh。
本申请的有益效果在于：本申请所述的新型弱磁检测装置包括通过与门逻辑模块连接的传感器阵列以及信号处理电路，通过与门逻辑模块将传感器串联起来，能够在有限的体积内串联数量较多的传感器，以能够检测更微小的磁场，紧密排列的传感器成倍的提升了检出率，贴片式芯片极大的缩小了其体积，进一步可以缩小和包裹的距离，从而提高检出率，减少芯片发热。同时，采用微控制器接收传感器信号速度比继电器更快，且能根据时间不同进行滤波处理，几乎不会发生信号丢失。以上措施共同作用，使得实际应用中对弱磁性包裹的检测效果得到大幅提升。
附图说明
图1为实物实习贴示意图；
图2为实习贴中每个点的磁场大小与位置和距离的关系示意图；
图3为本申请实施例中传感器阵列的分布示意图；
图4为本申请实施例中传感器阵列通过与门逻辑模块连接的结构示意图；
图5为本申请实施例中信号处理电路结构图；
图6为本申请实施例中电源转换模块的结构图；
图7为本申请实施例中传感器信号经过信号处理电路的处理流程图；
图8为双极性开关型霍尔传感器能检测到的磁场大小示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。
磁场中某点的磁力大小和该点所处的位置有关，例如，实际物流运输中容易被吸附的磁性塑料片的磁场分布。图1是对应实物实习贴，其每个点的磁场大小与位置和距离的关系如图2所示。可知在传送带上的带磁性包裹，在传送带下方距离越远磁力越小。针对这一问题，本申请中的传感器电路全部使用贴片式元件。
磁场中某点磁力大小还和产生磁场的物体所处的环境有关，具体的是会受到导磁体的影响。例如在传送带下方的2mm厚钢板会改变原来的磁场分布，加速磁力大小随距离的衰减，而采用铝制连接板可几乎消除此类影响。此外为了减小传感器上平面和传送带平面之间的距离，采用铝制连接棒上表面开槽以安置传感器电路的方法。如图3所示，铝制连接棒的两侧和上表面均开设有槽，其两侧槽用作固定在其他装置傻瓜，且可以调节安装高度；其上表面槽的长宽可以根据实际情况进行改变。本申请实施例中，贴片式霍尔传感器的上表面距离所述铝制连接棒的上表面距离为0.5mm。
双极性开关型霍尔传感器能检测到的最小磁场大小为11GS，如图8所示。然而包裹的弱磁场分布受产生磁场的物体自身属性影响、受到包装不规则表面的影响以及环境中其他物体的影响，实际能检测到的磁场区域可能十分小。此时，本来能检测到的会因为传感器分布密度太小，传感器之间横向间距过大而漏检。本申请采用双排传感器交错布置，如图3所示，单排传感器的横向间隔5mm，双排交错排列的传感器之间的横向投影间隔为2.5mm。
本申请所述的新型弱磁检测装置包括通过与门逻辑模块连接的传感器阵列以及信号处理电路。通过与门逻辑模块连接的传感器阵列如图4所示，每个所述与门逻辑模块包括数量相同且均至少四个的第一输入引脚、第二输入引脚和第一输出引脚，上一级所述与门逻辑模块的各个第一输出引脚分别与下一级所述与门逻辑模块的各个第二输入引脚连接，每个所述第一输入引脚分别与传感器阵列中的一个传感器的输出端连接。最后一个所述与门逻辑模块中，其一半的第一输出引脚与其一半的第一输入引脚分别对应连接，剩余第一输出引脚中的一个输出至所述微控制器，其余的第一输出引脚和第一输入引脚悬空。
通过与门逻辑模块能够串联数量较多的传感器，加强了对弱磁性的捕获力度，从而实现对弱磁性包裹的精准检测。
本申请实施例中，传感器阵列中的传感器（U14-U17、U19-U22）型号为A1120ELHLT-T，与门逻辑模块（U3-U5）的型号为SN74LS08D，如图4所示。
具体地，所述信号处理电路包括微控制器、继电器和显示模块，所述微控制器与所述继电器连接，所述继电器与所述显示模块连接。
本申请实施例中，微控制器为型号为STC15F100W-35I-SOP8的单片机，如图5所示。在传送带以1m/s速度运行时，传感器能检测到的理论时间为20ms，实际的情况会远小于20ms，为在极端情况下依旧能检测到传感器发出的检测信号，采用单片机接收和处理信号的方法。STC15F100W型号的单片机体积很小，内部时钟频率最高35MHZ，工作频率范围：5MHz～35MHz，相当于普通8051的60MHz～420MHz；机器周期最小约为4us；增强型 8051CPU，单机器周期，速度比普通8051快8-12倍。而霍尔传感器反应时间为20us,因此二者对信号的反应和处理时间在一个数量级上。
本申请实施例中，单片机工作电压范围4.5V-5.5V。传感器工作电压2.5V-5.5V。与门逻辑芯片工作电压范围4.75V－5.25V。为简化电路设计并提高可靠性，上述元件工作电压统一为5V。需要一个电源转换模块提供统一电压，本申请中电源转换模块采用LM2576芯片，如图6所示。该电源转换模块具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力；最高输入电压40V，输出选择5V。
单片机输出电压信号为5V，为了输出24V信号给PLC使用，需要使用继电器转换。继电器为欧姆龙的贴片式继电器。单片机和继电器的结合使用，一方面可以接受处理持续时间很短的输入信号，一方面可以输出足够使得PLC反应的长时间信号。
单片机通过8050型三极管与继电器连接，8050型三极管是一种NPN型三极管，具有电流放大作用。在三极管控制继电器的电路中，三极管的基极接入控制信号。当控制信号为高电平时，三极管导通，将电流传递到继电器线圈中，激活继电器，使开关K1闭合。当控制信号为低电平时，三极管停止导通，电流中断，继电器恢复原状态，K1断开。通过三极管，可以实现对继电器的控制，从而更有效地控制高功率负载，增强电路的可靠性和安全性。
如图7所示，单片机中程序先定义两个数组分别记录高电平持续时间和低电平持续时间。接着以查询的方式判断输入信号是否为高电平，若是则开启T2时钟计数，与此同时仍在不停地查询输入的电平状态，一旦为低电平则停止计数并把这次记录的数据存入高电平持续时间数组中，同时开启计数器T0，记录低电平时长。直到查询到高电平T0停止计数，并将低电平持续时间存入低电平持续时间数组。如果此次记录的高电平时间大于10ms且此次高电平前的低电平持续时间与此次高电平持续时间之比大于预设阈值（例如100），则视为检测到磁性包裹。检测到磁性包裹后，单片机向继电器输出持续2s的高电平，之后初始化高电平持续时间数组和低电平持续时间数组。若未检测到磁性包裹，则继续查询输入电平状态，在没有检测到的情况下，清零对应数组的值。传感器信号经过单片机中上述流程处理后，通过单片机的P3.3引脚决定输出电平状态。为保证电流足够驱动继电器工作，NPN型三极管作为开关使用。当P3.3输出为低电平，三极管截止，继电器闭合，P1接线端子的2号引脚输出24V；当P3.3输出为高电平，三极管导通，继电器打开，P1接线端子的2号引脚输出5V。
图6为电源转换电路的具体实施结构，该实施例中，100uf第一电容的主要作用是吸收电路中的纹波电流，减少电源中的交流噪声，使输出的直流电更加稳定纯净。大电容可以储存足够的电能，以应对负载在瞬时大电流情况下的需求（检测到的瞬间电流增大很多）。470uf第二电容起保护作用，能够吸收反向电压，保护电路和电源的安全。100nf第三电容的主要作用是滤波，第三电容可以滤除电源中的高频噪声，以确保电源输出的稳定纯净。100mh电感的作用是储能，电感器储存的能量可以通过开关的通断来进行释放，以应对电源电路中的负载需求，可以有效地维持电流的连续性，确保电源转换的稳定性和效率。第二二极管SS14可以实现电能的转换和调节，提供稳定的电源输出。
作为具体实施例地，最后一个所述与门逻辑模块的一个第一输出引脚通过三孔插座与微控制器的输入引脚连接，所述继电器通过四孔插座连接PLC模块。如图5所示，传感器阵列采集的信号通过与门逻辑模块的输出引脚输出至插座P2的引脚2，再经过P2的引脚2到单片机的引脚5进行输入。同样，继电器的输出通过插座P1的引脚2再输出至PLC模块。
以上为本申请示范性实施例，本申请的保护范围由权利要求书及其等效物限定。
Claims (5)
1.一种新型弱磁检测装置，其特征在于，包括通过与门逻辑模块连接的传感器阵列以及信号处理电路，所述信号处理电路包括微控制器、继电器和显示模块，所述微控制器与所述继电器连接，所述继电器与所述显示模块连接，所述传感器阵列通过所述微控制器与所述继电器连接；每个所述与门逻辑模块包括数量相同且均至少四个的第一输入引脚、第二输入引脚和第一输出引脚，上一级所述与门逻辑模块的各个第一输出引脚分别与下一级所述与门逻辑模块的各个第二输入引脚连接，每个所述第一输入引脚分别与传感器阵列中的一个传感器的输出端连接；最后一个所述与门逻辑模块中，其一半的第一输出引脚与其一半的第一输入引脚分别对应连接，剩余第一输出引脚中的一个输出至所述微控制器，其余的第一输出引脚和第一输入引脚悬空；
其中，所述微控制器通过三极管与所述继电器连接，所述微控制器的输出引脚与第四电阻连接，第四电阻与第二电阻以及三极管的基极均连接，第二电阻的一端与接地端以及三极管的发射极均连接、另一端与第四电阻以及三极管的基极均连接，三极管的集电极与继电器和显示模块均连接；
所述传感器阵列安装在铝制连接棒上，所述传感器阵列由贴片式霍尔传感器构成，所述贴片式霍尔传感器的上表面距离所述铝制连接棒的上表面距离为0.5mm；
所述微控制器用于：
所述微控制器中的程序分别对记录高电平持续时间和低电平持续时间的两个数组进行定义，即高电平持续时间数组和低电平持续时间数组；
所述微控制器通过查询方式对所述与门逻辑模块输入的传感器信号进行检测；若该传感器信号为高电平，则开启高电平时钟进行计数，并将高电平持续时间记录进高电平持续时间数组；若该传感器信号为低电平，则开启低电平时钟进行计数，并将低电平持续时间记录进低电平持续时间数组；
当所述微控制器检测到高电平持续时间大于10ms，且本次高电平前一次的低电平持续时间与本次高电平持续时间之比大于预设阈值时，则视为检测到磁性包裹，所述微控制器向所述继电器输出持续2s的高电平，所述继电器导通；然后初始化高电平持续时间数组和低电平持续时间数组，继续进行检测。
2.如权利要求1所述的新型弱磁检测装置，其特征在于，所述与门逻辑模块、所述传感器阵列和所述微控制器均通过电源转换模块供电，所述电源转换模块包括LM2576芯片、第一电容、第二电容、第三电容、电感和第二二极管，该LM2576芯片包括输入引脚、第二输出引脚、接地引脚、反馈引脚和开/关引脚，输入电压自输入引脚输入，第一电容的一端接地、另一端与输入引脚连接，接地引脚和开/关引脚接地，第二二极管的阳极接地、阴极与第二输出引脚和第一电感均连接，电感的一端与第二输出引脚和第二二极管的阴极均连接、另一端与反馈引脚、第二电容、第三电容以及电压输出端均连接，第二电容的一端接地、另一端与反馈引脚、电感、第三电容以及电压输出端均连接，第三电容的一端接地、另一端与反馈引脚、电感、第二电容以及电压输出端均连接。
3.如权利要求1所述的新型弱磁检测装置，其特征在于，最后一个所述与门逻辑模块的一个第一输出引脚通过三孔插座与微控制器的输入引脚连接，所述继电器通过四孔插座连接PLC模块。
4.如权利要求2所述的新型弱磁检测装置，其特征在于，所述显示模块包括第三二极管和第三电阻，第三二极管的阴极与三极管的集电极和继电器均连接、阳极与第三电阻连接。
5.如权利要求2所述的新型弱磁检测装置，其特征在于，所述第一电容的容量为100uf，所述第二电容的容量为470uf，所述第三电容的容量为100nf，所述电感的大小为100mh。
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