GSM短信控制與光電計數在鋼桶制造設備的應用

文/吳翔楠 吳貴文

【摘要】文章對現有的鋼桶制造設備加以改善，增加GSM短信控制與光電計數的功能，使用戶能通過發送短信來控制設備的開啟或關閉，并且設備通過GSM模塊向用戶手機發送短信。該應用不受環境影響，而且控制精度高、成本低廉，可促進新技術在傳統制造業智能化改造中的應用。

【關鍵詞】鋼桶制造設備；短信控制；光電計數

1 引言

隨著經濟的發展，鋼桶作為全球范圍內重要的工業包裝容器，適用于運輸、貯存各種化工、石油、涂料輕工等產品，并且鋼桶具有安全可靠、耐腐蝕、高強度等特點，在進出口貿易中，鋼桶起著十分重要的作用，因此對鋼桶的需求量越來越大。近二十年來，鋼桶制造業發展十分迅速，特別是2010年，我國的鋼桶制造業迎來技術進步的黃金時期，國內鋼桶制造業的蓬勃發展，帶動了相關工廠的出現，極大促進了我國鋼桶制造業的總體水平提高，縮短了與發達國家之間的距離。

鋼桶制造業的發展，同時也促進了制桶設備的發展，越來越多的制桶設備廠建立。而由于鋼桶的原材料成本價、生產設備價格遠遠高于其他商品的銷售包裝價格，因此鋼桶制造廠極力減少其成本，要求制桶設備廠生產出節約人力成本、功能更完善的設備。

遠程控制的優點在當代科學技術迅猛發展中逐漸凸顯，掌握了先進的技術，就能夠掌握市場競爭的主權。因此，針對現有的鋼桶制造設備增加功能：為現有設備添加一種遠程控制機械開關，會自動計數優質桶與劣質桶個數，并在設備關閉時會自動告知用戶該次運行時間內制造的優質桶與劣質桶個數。

2 方案原則與要求

遠程控制設備開關，并會自動計數優質桶與劣質桶個數，在設備關閉時會自動告知用戶該次運行時間內制造的優質桶與劣質桶個數，這種設計不能影響制桶設備原有的性能指標，而且鋼桶設備制造廠和鋼桶制造廠都是屬于高成本低利潤的企業，在改善鋼桶制造設備功能的同時，也要考慮到鋼桶制造廠能否承受增加功能所帶來的成本增加。所以在原有的設備上增加便于修理、成本低廉、性能可靠的模塊。

3 計數方式的選擇

對于流水線產品而言，自動計數是必不可少的，而且必須做到精確。常用的計數器有機械式計數器與電子式計數器，機械式計數器無需使用電，由輔入軸門動臂與儀器或機器聯接拉動計數，計數直接顯示在面板上無法輸出至微處理器；而電子式計數器的電路比較復雜，電子元器件較多，故障率也比較高，發生故障時無法快速找到故障點，維修比較困難。而且電子式計數器的功能不容易更改，能使用的范圍不夠廣泛。

目前在各個行業中，基于單片機構成的自動計數器能夠直觀的、準確的計數，并且能將計數器累計的數字傳送至短信控制器的微處理器模塊，從而能讓短信控制器編輯短信發送至用戶手機。所以在此應用中，決定采用單片機AT89C51為核心的計數器，使用光電式傳感器，整個光電計數系統主要由光電發射與接收電路、計數電路兩部分構成。當鋼桶通過一次時，光電式傳感器中紅外發光二極管發射出的紅外信號就會被反射，進而反射至光電接收管，光電發射與接收電路就會將鋼桶移動時產生的變化轉換成電平信號，電平信號變化一次，計數器就能計數一次[1,2]。該應用中的光電計數系統主要由常用的小規模集成電路，電路簡單，能夠提供簡單的統計值并且傳送至微處理器，成本低廉，適合本身成本較高且利潤較低的鋼桶設備制造廠與鋼桶制造廠。

4 控制方式的選擇

（1）WIFI控制開關。若由WIFI控制開關，則需要在開關處嵌入WIFI模塊，實現無線數據的轉化，可直接由手機APP來控制開關的閉或合。若使用WIFI控制開關技術，則需一直連接WIFI來控制開關，WIFI不穩定或是手機耗電過快會導致設備停止運行，并且WIFI控制開關的方案成本較高，不適合低利潤的鋼桶制造廠。

（2）紅外控制開關。若由紅外控制開關，則成本低廉。但紅外控制開關有兩個致命的弱點，一是控制范圍小，需要在較近的地方控制；二是鋼桶制造廠的空間內堆放不少物體，紅外線若遮擋則無法有效控制開關。因此紅外控制開關的方法不可行，但是紅外傳感器可用于優質桶和劣質桶的計數。

（3）聲控控制開關。聲控控制的開關與紅外控制開關有一個共同的缺點——控制范圍小，無法遠程控制。并且鋼桶制造設備工作時會發出較大的噪音，勢必會對開關控制產生干擾。

（4）有線網絡控制開關。有線網絡控制開關相較于WIFI控制開關而言，穩定性提升了許多，成本也不高。但是若使用有線網絡控制開關，則需要網線進行連接。網線連接在人來人往的工廠中十分不方便，容易受外界因素影響，插頭松動或是被工作人員不慎碰到則會可能導致設備停止運行。

（5）短信控制開關。相較于前幾個控制方式，短信控制器不僅價格低廉、使用壽命長，而且短信控制開關只要在有GSM信號的地方能使用，因為GSM網絡的信號十分穩定，所以GSM網絡不會輕易受到干擾（不會被聲音、溫度或是范圍干擾）。在SIM的選擇上，移動、聯通兩家運營公司都能使用GSM網絡，因此在設備選擇SIM卡時用戶有充分的選擇。倘若用戶不發送指令或者發送錯誤的指令，則不會改變設備的開關，并且GSM短信控制器的靈敏度由GSM網絡覆蓋的強度來決定，一般情況下只要手機能接收到≥?90dBm的電平，就能保證GSM控制器的有效運行。若出現信號強度不足的情況，也可以通過外接天線的方法來解決，因此在控制開關的選擇上，選擇以短信控制開關的方法。短信控制器不僅價格低廉，降低企業的生產成本，并且不受線路的影響、不受作業環境的約束沒有斷線隱患，減少安全隱患，安全狀態大幅度提升。

5 方案概述

鋼桶制造設備的過程為鋼鐵片先通過預卷機，將鋼鐵片卷成圓桶狀；然后通過縫焊機使圓桶焊接，通過一臺試漏機檢查是否漏氣，若漏氣則將劣質桶輸送至另一傳送帶；再通過翻邊漲筋二合一機，將優質桶同時進行翻邊與漲筋（漲筋使桶身堅固）；接著由波紋機兩端同時進行加工，增加多條小筋再次提高桶的剛性和牢固度；再由封口機封口；最后再由另一臺試漏機檢驗產品是否漏氣，若出現漏氣則將劣質桶輸送另一傳送帶（在試漏機檢測出劣質桶時，設備會發出警報并伸出桿子將劣質桶推至劣質桶傳送帶）。

試漏機檢測鋼桶氣密性測試是鋼桶制造過程中最重要的一道工序，若鋼桶發生漏氣，則該桶就視為報廢。傳統的鋼桶制造設備在二次檢驗產品是否漏氣之后就結束工作，因此認為在第一次與第二次檢驗是否漏氣之后，分別增加兩條劣質桶輸送帶，并且兩條輸送帶可并為一條，并在最終輸送帶出口處安裝紅外感應探測裝置1。當劣質桶經過光電傳感器時，每經過一次光電傳感器被隔斷一次，計數裝置自動計數并傳送至控制器芯片，然后在收到電源開關關閉指令后編輯短信發給GSM模塊，再由GSM模塊發到手機。

最終優質桶的計數方式與劣質桶的技術方式相同，在優質桶傳送帶出口安裝紅外線傳感器裝置2，當優質桶經過光電傳感器時，每經過一次光電傳感器被隔斷一次，計數裝置自動計數并傳送至短信控制器的微處理器模塊，然后在收到電源開關關閉指令后編輯短信發給GSM模塊，再由GSM模塊發到手機，接著關閉設備。

上述為比較理想的解決方案。

方案硬件選用如下：紅外線計數部分核心采用AT89C51單片機，選用GC-30紅外光電轉換為測量部分。短信控制器部分繼電器選用HCP3，GSM模塊選用SIM800C，主要微處理器模塊選用STM32F105單片機。

（1）AT89C51單片機資源豐富，性價比高。

（2）SIM800C模塊性能穩定并且速度快、反應靈敏、功耗低、價格低廉，能夠長期穩定運行。

（3）HCP3繼電器電流能力可達到20A，能做為閉合或斷開鋼桶制造設備的開關。

（4）STM32F105單片機具有很高的性價比，片內集成的資源非常豐富，性能穩定、功能強大。

方案總體框圖如圖1所示：

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圖1 方案總體框圖

方案軟件流程圖如圖2所示：

圖2 方案軟件流程圖

6 方案結構與原理

（1）短信控制，即通過短信來發送或是接收信息，信息處理后發送給控制物體并且實現控制的過程。GSM短信控制器，就是主要利用SIM卡登陸GSM網絡通過短信來實現開關量與信息遠程控制之間的交換。短信控制器由三部分組成：GSM通信模塊、微處理器模塊、繼電器。GSM通信模塊具有短信、數據傳輸等基于GSM網絡等功能；微處理器模塊用于控制總體系統；繼電器控制設備開關。操作方法為：授權手機端編輯一條短信命令（比如*1100#，命令格式和含義編程者自己定），發送到GSM模塊，GSM模塊收到短信后將命令解讀，然后將命令輸送給微處理器，微處理器檢查短信是否有效，是否由授權端手機發送。若符合條件，微處理器將控制繼電器吸合，來控制機械開關。為防止機械開關頻率太過頻繁而導致機械損壞，每次開啟或者關閉機器時，都會進行1分鐘的延遲來保證正常的開關頻率。

（2）自動計數需要光電發射與接收電路、計數電路兩部分。光電發射與接收電路中，采用紅外電式傳感器，將被測量轉化為光信號的變化，接著由光電元件將光信號轉化為電信號。計數器以89C51單片機為核心，使用光電傳感器接收信息。當通過一個鋼桶時，紅外光被鋼桶遮擋，產生反射，光電接收管就會接收一次，光電接收管的輸出電壓會放大并處理，就會產生數字脈沖。進而通過光電隔離耦合輸入至單片機管腳，接著輸出到微處理器。

（3）發送短信至授權手機。設備接收到一條關閉指令時，將微處理器將采集到的計數數據輸入至GSM通信模塊，由GSM通信模塊將計數數據以短信的方式（兩條：一條為劣質桶數量；一條為優質桶數量。選擇以兩條短信發送的方式是為了更方便統計多個工作時間內生產的劣質桶與優質桶的總和）傳輸至授權手機。

7 企業運用短信控制開關及光電計數的意義

遠程控制屬于目前信息技術領域的熱點，將遠程控制運用至企業管理中，企業可從各個方面來改善或提升生產效率，能夠節約大量的人力資源，進而為企業創造更多的經濟效益。

（1）提升生產管理效率。在增加了光電計數來統計優質桶與劣質桶個數的功能之后，減少了統計個數所需的工作人員人數，可以直接由上級接收信息，縮小了管理鏈條，實現了生產組織的扁平化，提高了生產管理效率。

（2）提高了工作效率。遠程控制開關的實現，不再需要專門人員每日去開啟或是關閉設備，手機接收短信（優劣桶個數）的可行性，使得管理人員可以簡明了解到每次設備運行時生產狀況，不再需要專門的人員去統計優劣桶個數并向上級報告，并且接收到的短信可以通過網頁瀏覽器登錄網頁版的短信平臺進行操作。

（3）提高了勞動效率。優劣桶傳送帶的存在，讓工作人員減少了不必要的勞動。在未增加傳送帶的時候，每次檢測到發生漏氣的劣質桶，則需要有人員去把劣質桶取下，而劣質桶并不是每時每刻都出現，若專門設立人員等待劣質桶出現并取下會十分浪費人力資源；但是若是由其他人員兼顧，在其他人員進行其他工作時檢測出劣質桶，則有可能出現取桶不及時導致工作暫停的情況。傳送帶的存在讓這種情況不再出現，能夠將劣質桶優質桶很好的運輸及有序的排列，使工作人員能專注手頭上的工作，提高了勞動效率。

（4）促進企業與技術共同發展。實現遠程控制是企業信息化的重要發展趨勢，具有巨大的前景。鋼桶制造廠處于低利潤的競爭之中，增加短信控制機械開關與自動計數并發送生產狀況至手機，雖對生產效率而言改善并非特別明顯，但在企業工廠的管理上來說是前進的一大步，可節約不少人力資源，降低企業生產成本。

現代工業發展速度十分驚人，加強對制桶設備的短信控制技術的研究，普及控制技術的使用規模，有效的減少可避免的人工生產成本，降低人員的工作強度，使工作人員將工作時間用于更重要的生產部分，提高鋼桶制造廠的經濟效益，促進鋼桶行業的蓬勃發展。

8 結語

近二十年來，遠程控制技術與企業之間相輔相成，遠程控制技術伴隨著工業的規模擴大和對產品質量要求的提升而不斷發展，在企業能夠追求更大的經濟效益和更優質的產品的同時，也促進了遠程控制技術的發展。倘若鋼桶設備制造廠與鋼桶制造廠能夠越來越好的掌握遠程控制技術與其他更先進的技術，結合鋼桶業發展的實際需求，我國的鋼桶業發展將能盡快與國際水平比肩。

本方案中采用SRD-05VDC-SL-C、SIM800C、STM32F105、AT89C51 等主要模塊，體積小并且系統性能穩定、不易受外界因素影響，能夠長期有效運行在狹窄地方安裝而不影響設備本身。用戶只要使用手機發送特定命令至GSM 模塊就可以實現遠程操作以及高精度控制，具有較好的研究價值。

（作者：吳翔南，溫州商學院信息工程學院）