基于激光测距模块的带式输送带跑偏检测系统设计

李永祥 陈孟原 吕海岗 郭秉阳

【摘  要】中国是工业强国，在很多工业领域都需要应用到各式各样的输送设备，这些输送设备都是根据使用要求不同而决定其型号。在长距离的物料运输中的情况下通常会选择使用带式输送机来进行物料的运输，运输带有高温度的物料的时候，通常会选择重型板式给料机等链板为耐高温的设备。但是在输送带运行过程中如果发生跑偏情况，轻则会影响输送进度，重则毁坏输送机，造成重大财产损失。文章着重分析输送机的跑偏原因并探讨基于激光测距模块的输送带跑偏检测系统。

【关键词】上位机;激光测距模块;跑偏检测

1、研究内容分析

带式输送机的跑偏现象主要指的是设备的输送带在运行的过程中偏离了设备的整机中心线，可能出现偏向左边或者偏向右边的情况。带式输送机的跑偏问题会出现设备的胶带和机架的支架之间的相互摩擦，导致胶带边缘受到破坏，严重的缩短了带式输送机的使用寿命。最为严重的情况是胶带会从设备的托辊上滑落，在设备的运行过程中造成严重的事故。带式输送机出现跑偏现象的主要原因有两个，第一是因为带式输送机在运行的过程中承受的外力在运行方向上不为零;第二是设备运行过程中垂直方向上的拉力不均匀导致。针对这种情况我们就要在设备的安装和维护方面进行注意，并在输送带运行的过程中实时监测输送带是否跑偏，如果发现跑偏现象出现，及时报警避免造成损失。

2、系统硬件设计

2.1 系统硬件介绍

该系统的硬件构成如图2.1所示，包含监测输送带运行状态的激光测距模块，作为通信桥梁的CH340芯片和安装有对应上位机软件的PC端。激光测距模块的TXD端口和RXD端口分别与CH340模块的RXD端口和TXD端口相连接，PC端与CH340之间采用USB串口进行通信。上位机软件可以对所检测到的数据进行分析，判定输送带是否跑偏。

图2.1 系统硬件设计简图示意图

2.2激光测距模块

该设计中所采用的激光测距模块的量程范围为0.3-60m，采用相位法的测量方式。相位法是连续波测量，是通过累积一次测量期间的相位信息来完成测量的。所以对于相位法激光测距，测速越快、干扰光越强、一次测量期间距离变化越大，越不利于测量。会导致误差增加、测量能力下降或者无法测量，甚至可能测量出离谱的值。

2.3 CH340介绍

CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口，USB转IrDA红外或者USB转打印口。在给设计中该芯片可以将激光测距模块通过串口发送过来的数据转换为通过USB串口传输的信号供上位机接收。

图2.3 CH340功能示意图

3、系统软件设计

系统所使用的上位机是基于LabVIEW虚拟仪器软件所开发的，其工作流程图如图3所示，上位机软件通过USB串口获得激光测距模块采集到的输送带运行数据，在上位机软件中设置合适的阈值，当接收到的信号低于所设置的信号阈值时，此时输送带并未出现跑偏现象，处于正常工作状态;当接收到的信号超过上位机软件中所设定的阈值时，则判定此时输送带出现跑偏，立即触发报警装置提醒维修人员进行维修，避免造成财产损失。

图 3 上位机工作流程图

4、总结

本设计基于激光测距模块利用LabVIEW开发上位机程序，可以实现对输送带工作状态信息的采集、处理和故障的自动检测，提高输送带跑偏故障检测的准确性、可靠性。该设计意义是不仅可以排除人为主观因素的影响，还能够对检测的性能指标进行定量描述，降低人工检测的劳动强度，提高检测效率和精度，利用激光测距技术可以及早发现输送带的潜在故障，进而可实现输送带的预知维修，将可能出现的故障消灭在萌芽状态。利用激光测距技术还可提高企业生产的自动化水平。对于其他一些物品的表面状况检测具有一定参考价值。

参考文献：

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（作者单位：河南理工大學 机械与动力工程学院）