APP下载

计泡机的设计流程及体积、重量的测量

2017-03-22苏寒刚

电子技术与软件工程 2017年3期
关键词:重量体积

苏寒刚

摘 要介绍了计泡机的设计流程以及获取包裹重量、体积的方法,提出了采用微积分的方法测量包裹体积,对于不规则的包裹,也能准确地获得其体积,为达到更精准的测量效果,提出了一种稳定皮带速度的方法,实践证明,这种方法行之有效,并且已广泛应用于生产。

【关键词】计泡机 体积 重量

1引言

随着物流行业的快速发展,快递公司揽收、处理的包裹数量越来越多,每个包裹的条码、重量、体积等信息与邮资费用密切相关,如果分拣中心能够在流水化分拣包裹的同时,又收集到包裹的条码、重量、体积等信息,对包裹计费做核对,那么快递公司能够减少损失,又能很好的管理数据。计泡机就是应这样的需求而产生的,它能获取包裹的条码、重量、体积等数据,并绑定发送给后台系统,后台系统再对这些数据进行計费核对。

2 计泡机的设计

2.1 计泡的含义

计泡是指对速递邮件,取体积重量和实际重量中的较大者,作为计费重量,再按照资费标准计算应收邮费。通常计泡公式是这样的:体积重量(kg)=长(cm)×宽(cm)×高(cm)/计泡比。计泡比速递行业通常为6000cm3/kg。快递揽收包裹时,要将包裹的实际重量及体积重量相比较,取其大者来计费,因此准确的获取包裹的重量、体积很重要。

2.2 计泡的流程设计

在分拣中心,我们希望在分拣包裹的同时又能获取其条码、重量、体积等数据,在后台计算出其邮资费用,于是我们设计出计泡机基本结构,它包含三段皮带机,即上包段、称重段、导入段,在称重段和导入段之间用二对光幕(上下、左右各一对)来测体积,结构图如图1所示。

上包段可以扫描条码,称重段采用动态称自动称重,光幕用来测体积,导入段将条码与重量、体积绑定,再传到主环分拣,计泡机工作流程如图2所示。

扫描条码可以用无线PDA,也可以用扫描枪加电脑方式来实现,现在以无线PDA为例来介绍计泡机的工作流程:操作员将包裹放入上包段,用无线PDA扫描条码,条码信息通过蓝牙传给计泡机主控板(需配有蓝牙接收器),计泡机启动运行,在称重段得到重量,经过光幕后得到体积,进入导入段后将条码、重量、体积绑定,通过蓝牙把绑定结果发送给PDA,PDA收到数据后传输给后台,同时计泡机在导入段将包裹导入主环。计泡机可以根据需要设计成多段式,譬如在上包段和导入段都增加段数做积放,增加系统缓存。

3 体积的测量方法

3.1 计算方法

对于任意包裹,我们可以按照微积分的方法,将整个体积沿着运动方向,切成无数个微小标准长方体,将所有微小长方体求和,就可以得到包裹总的体积,我们用V表示包裹的体积,△Vi表示每个微小的长方体,计算体积公式如下:

我们只要测出每个小长方体长(L)、宽(W)、高(H),即可计算出每个小块的体积 △Vi=L*W*H。

3.2 光幕介绍

采用光幕来测量体积,通常光幕成对使用,即一根发送信号、一根接收信号,当物体在该对光幕中间时,光幕能测出有多少个像素被遮挡了,由于二个像素之间的距离是固定的,通常是5mm或者10mm等,根据被遮挡像素的个数可以计算出包裹的长度。

光幕的工作模式有二种:连续模式和主从模式,连续模式是指光幕不断地把测量到的数据通过串口往外发送,主从模式则是指主控板通过串口问光幕当前的测量值是多少,光幕收到指令后立即返回测量结果。

3.3 体积测量实现方法

计泡机采用二对光幕,即上、下一对(用于测宽度),左、右一对(用于测高度),当包裹沿着运动方向经过光幕时,二对光幕不断地测出每时刻的宽度和高度值,根据包裹通过光幕的速度及每次测量的时间间隔,可以计算出包裹每次被切割部分的长度值,从而计算出这一小块的体积,当包裹离开光幕时,将所有微小长方体体积进行叠加就可得到包裹的实际体积。

为了实现上面的方法,我们选用ST公司32位ARM7微处理器作为主控芯片,选用邦纳的光幕,如果我们采用一个串口与二对光幕通信的话,只能采用RS485通信的方式,即485总线上挂二对光幕,MCU采用轮询的方式定时与其中一对光幕通信(不能同时读取二对光幕的数据,因为这样会造成485总线数据冲突),即上次获得上下光幕测到的宽度值,下次定时获得左右光幕测到的高度值。此时光幕需设置成主从模式,而且还应设置成不同的地址,MCU才能区分不同的光幕。包裹获取体积测量流程图如图3所示。

体积测量首先要判断是否有包裹到了光幕,即判断宽、高是否有数据值,而不是零,然后定时读取宽、高值,当宽、高都为零时,说明包裹离开了光幕,此时可以将所有微小体积累加,即可得到包裹的实际体积。

3.4 体积测量优化

由于采用485总线,MCU定时读取光幕数据,每次定时只能读取一对光幕的数据,不能同时读取二对光幕的数据,这相当于二次定时周期获得了一次宽和高的值,测得的精度偏低。为了提高体积测量的精度,我们增加一个串口,使得每对光幕单独用一个RS422串口进行通信,这样一个定时周期就能同时获得宽、高值,此时光幕工作模式即可以设置成主从模式,也可以设置成连续模式,这种方法能将每个微小体积划分得更细,测量精度更高。

3.5 宽、高数据缓冲表

建立包裹宽度及高度缓冲区:PackageSizeTemp.WideBuf[MAXLENGTH]和PackageSizeTemp.HeighBuf[MAXLENGTH],当包裹离开光幕后根据这些数据就可以计算出包裹的体积。我们定时读取一次高度和宽度值,第i次测量的时候,得到第i次的体积为

PackageSizeTemp.volume[i-1]=(PackageSizeTemp.WideBuf[i-1]* PackageSizeTemp.HeighBuf[i-1])*FixSpeed*FixTime;

FixSpeed是皮带速度,根据需要可以设成1m/s,也可以设成1.2m/s等,FixTime是采样的时间间隔, FixSpeed*FixTime就是每个微小体积块的长度,通过上式就可以得到每个被切成块的体积,时间间隔取得越小,得到的体积越接近真实体积,误差越小。

3.6 皮带速度控制

我们可以采用手动方式设置皮带的速度,利用变频器和测速仪,手动设置变频器频率值,使得测速仪测到的速度达到我们需要的速度,以后每次开机运行,变频器都运行到该频率值,這种方法虽然简单,但不能保证变频器每次在这个频率,速度都一定是我们需要的,如果皮带速度偏差大了,我们计算出的体积值也会不准。

如果我们能检测皮带速度,当发现速度有误差,通过增大或者减小变频器频率值来稳定皮带速度,这样就能保证测量体积的精确性,皮带测速和调速可以采用下面的方法来实现:

(1)测速方法:在电机的皮带轴上在装个小轴,小轴大部分是金属的,一小部分是连续的非金属的,我们用接近开关靠近该轴,当接近开关检测到金属时,输出低电平,当检测到非金属物,输出高电平,通过接近开关检测皮带轴,当连续出现二个下降沿时,表明测到小轴转了一圈,二个下降沿的时间为轴转动一圈用的时间,而轴的周长是固定的,于是我们就可以计算出轴的转速,从而得到皮带的速度。

(2)调速方法:将实际测到的速度与我们需要的目标速度进行比较,计算出速度差,将速度差再换算成频率差,通过改变变频器的频率来实现调速。

图4为主控板与变频器的连接图,主控板的一个串口,采用一条RS485总线将多个变频器连在一起,电机是受变频器输出频率控制的。通过一条485总线,可以对多段皮带进行调速,我们可以采用定时的方法,每次定时时间到了就对一段皮带调速,所有段皮带轮流调速,需要注意以下几点:

(1)在同一485总线上的变频器需设置成不同的地址,主控板可以进行区分;

(2)采用定时调速,每个定时周期调一个变频器,该定时周期时间必须大于 MCU发指令到变频器返回完指令用的时间。

由于变频器的频率值与皮带速度对应关系相对是比较稳定的,每段皮带调速对频率要求不高,300至400ms调一次也是完全可以的。

4 重量的获得

动态称主要是由皮带机+重量传感器+表头构成,动态称与静态称的区别在于静态称是停止不动再称重量,而动态称是运动时称重量,因此动态称效率高、稳定性好,非常适用于流水线生产作业,对于计泡机,选择动态称是非常适宜的。动态称通常在两头装有检测光电管,用来作为称重的触发信号,当头端光电管检测到包裹时,动态称开始称重,当离开尾端光电管时,得到重量并发送给计泡机主控板,主控板从而得到重量。主控板与动态称表头采用一个485串口进行通信,直接接收动态称发过来的重量数据即可。

在计泡机,当包裹离开光幕到达导入段时,主控板就获得了重量及体积数据,然后再与在上包段扫描的条码绑定,将结果传给PDA,PDA再传给后台,后台再进行分析、统计,整个计泡的过程就实现了。

5 结束语

本文介绍了计泡机的设计方法以及操作流程,并介绍了通过动态称获取重量,通过光幕,采用将包裹沿运动方向切成无数小片,计算每个小片体积,再累加得到总体积的方法,为了提高测量精度,提出了采用测速、调速的方法稳定皮带速度,实践证明,计泡机设计合理,在生产中能够发挥很大的作用。

参考文献

[1]邓爱民.物流设备与运用[M].人民交通出版社,2003.

[2]中达电通股份有限公司,VFD-M使用手册,2012.

[3]杨淑辉 ,陈文英 ,卢立才.微积分[Z].科学出版社有限责任公司,2016.

[4]胡成华,刘传瑞,郭文生.嵌入式网络编程:串口通信、工业总线、传感器网络应用开发[M].电子工业出版社,2012.

作者单位

上海邮政科学研究院 上海市 200062

猜你喜欢

重量体积
小体积带来超高便携性 Teufel Cinebar One
引体向上,克服自身重量
后浇带在大体积防水混凝土中的应用
Put the Glass Down
你不知道的重量