GSM短信控制与光电计数在钢桶制造设备的应用

文/吴翔楠 吴贵文

【摘要】文章对现有的钢桶制造设备加以改善，增加GSM短信控制与光电计数的功能，使用户能通过发送短信来控制设备的开启或关闭，并且设备通过GSM模块向用户手机发送短信。该应用不受环境影响，而且控制精度高、成本低廉，可促进新技术在传统制造业智能化改造中的应用。

【关键词】钢桶制造设备；短信控制；光电计数

1 引言

随着经济的发展，钢桶作为全球范围内重要的工业包装容器，适用于运输、贮存各种化工、石油、涂料轻工等产品，并且钢桶具有安全可靠、耐腐蚀、高强度等特点，在进出口贸易中，钢桶起着十分重要的作用，因此对钢桶的需求量越来越大。近二十年来，钢桶制造业发展十分迅速，特别是2010年，我国的钢桶制造业迎来技术进步的黄金时期，国内钢桶制造业的蓬勃发展，带动了相关工厂的出现，极大促进了我国钢桶制造业的总体水平提高，缩短了与发达国家之间的距离。

钢桶制造业的发展，同时也促进了制桶设备的发展，越来越多的制桶设备厂建立。而由于钢桶的原材料成本价、生产设备价格远远高于其他商品的销售包装价格，因此钢桶制造厂极力减少其成本，要求制桶设备厂生产出节约人力成本、功能更完善的设备。

远程控制的优点在当代科学技术迅猛发展中逐渐凸显，掌握了先进的技术，就能够掌握市场竞争的主权。因此，针对现有的钢桶制造设备增加功能：为现有设备添加一种远程控制机械开关，会自动计数优质桶与劣质桶个数，并在设备关闭时会自动告知用户该次运行时间内制造的优质桶与劣质桶个数。

2 方案原则与要求

远程控制设备开关，并会自动计数优质桶与劣质桶个数，在设备关闭时会自动告知用户该次运行时间内制造的优质桶与劣质桶个数，这种设计不能影响制桶设备原有的性能指标，而且钢桶设备制造厂和钢桶制造厂都是属于高成本低利润的企业，在改善钢桶制造设备功能的同时，也要考虑到钢桶制造厂能否承受增加功能所带来的成本增加。所以在原有的设备上增加便于修理、成本低廉、性能可靠的模块。

3 计数方式的选择

对于流水线产品而言，自动计数是必不可少的，而且必须做到精确。常用的计数器有机械式计数器与电子式计数器，机械式计数器无需使用电，由辅入轴门动臂与仪器或机器联接拉动计数，计数直接显示在面板上无法输出至微处理器；而电子式计数器的电路比较复杂，电子元器件较多，故障率也比较高，发生故障时无法快速找到故障点，维修比较困难。而且电子式计数器的功能不容易更改，能使用的范围不够广泛。

目前在各个行业中，基于单片机构成的自动计数器能够直观的、准确的计数，并且能将计数器累计的数字传送至短信控制器的微处理器模块，从而能让短信控制器编辑短信发送至用户手机。所以在此应用中，决定采用单片机AT89C51为核心的计数器，使用光电式传感器，整个光电计数系统主要由光电发射与接收电路、计数电路两部分构成。当钢桶通过一次时，光电式传感器中红外发光二极管发射出的红外信号就会被反射，进而反射至光电接收管，光电发射与接收电路就会将钢桶移动时产生的变化转换成电平信号，电平信号变化一次，计数器就能计数一次[1,2]。该应用中的光电计数系统主要由常用的小规模集成电路，电路简单，能够提供简单的统计值并且传送至微处理器，成本低廉，适合本身成本较高且利润较低的钢桶设备制造厂与钢桶制造厂。

4 控制方式的选择

（1）WIFI控制开关。若由WIFI控制开关，则需要在开关处嵌入WIFI模块，实现无线数据的转化，可直接由手机APP来控制开关的闭或合。若使用WIFI控制开关技术，则需一直连接WIFI来控制开关，WIFI不稳定或是手机耗电过快会导致设备停止运行，并且WIFI控制开关的方案成本较高，不适合低利润的钢桶制造厂。

（2）红外控制开关。若由红外控制开关，则成本低廉。但红外控制开关有两个致命的弱点，一是控制范围小，需要在较近的地方控制；二是钢桶制造厂的空间内堆放不少物体，红外线若遮挡则无法有效控制开关。因此红外控制开关的方法不可行，但是红外传感器可用于优质桶和劣质桶的计数。

（3）声控控制开关。声控控制的开关与红外控制开关有一个共同的缺点——控制范围小，无法远程控制。并且钢桶制造设备工作时会发出较大的噪音，势必会对开关控制产生干扰。

（4）有线网络控制开关。有线网络控制开关相较于WIFI控制开关而言，稳定性提升了许多，成本也不高。但是若使用有线网络控制开关，则需要网线进行连接。网线连接在人来人往的工厂中十分不方便，容易受外界因素影响，插头松动或是被工作人员不慎碰到则会可能导致设备停止运行。

（5）短信控制开关。相较于前几个控制方式，短信控制器不仅价格低廉、使用寿命长，而且短信控制开关只要在有GSM信号的地方能使用，因为GSM网络的信号十分稳定，所以GSM网络不会轻易受到干扰（不会被声音、温度或是范围干扰）。在SIM的选择上，移动、联通两家运营公司都能使用GSM网络，因此在设备选择SIM卡时用户有充分的选择。倘若用户不发送指令或者发送错误的指令，则不会改变设备的开关，并且GSM短信控制器的灵敏度由GSM网络覆盖的强度来决定，一般情况下只要手机能接收到≥−90dBm的电平，就能保证GSM控制器的有效运行。若出现信号强度不足的情况，也可以通过外接天线的方法来解决，因此在控制开关的选择上，选择以短信控制开关的方法。短信控制器不仅价格低廉，降低企业的生产成本，并且不受线路的影响、不受作业环境的约束没有断线隐患，减少安全隐患，安全状态大幅度提升。

5 方案概述

钢桶制造设备的过程为钢铁片先通过预卷机，将钢铁片卷成圆桶状；然后通过缝焊机使圆桶焊接，通过一台试漏机检查是否漏气，若漏气则将劣质桶输送至另一传送带；再通过翻边涨筋二合一机，将优质桶同时进行翻边与涨筋（涨筋使桶身坚固）；接着由波纹机两端同时进行加工，增加多条小筋再次提高桶的刚性和牢固度；再由封口机封口；最后再由另一台试漏机检验产品是否漏气，若出现漏气则将劣质桶输送另一传送带（在试漏机检测出劣质桶时，设备会发出警报并伸出杆子将劣质桶推至劣质桶传送带）。

试漏机检测钢桶气密性测试是钢桶制造过程中最重要的一道工序，若钢桶发生漏气，则该桶就视为报废。传统的钢桶制造设备在二次检验产品是否漏气之后就结束工作，因此认为在第一次与第二次检验是否漏气之后，分别增加两条劣质桶输送带，并且两条输送带可并为一条，并在最终输送带出口处安装红外感应探测装置1。当劣质桶经过光电传感器时，每经过一次光电传感器被隔断一次，计数装置自动计数并传送至控制器芯片，然后在收到电源开关关闭指令后编辑短信发给GSM模块，再由GSM模块发到手机。

最终优质桶的计数方式与劣质桶的技术方式相同，在优质桶传送带出口安装红外线传感器装置2，当优质桶经过光电传感器时，每经过一次光电传感器被隔断一次，计数装置自动计数并传送至短信控制器的微处理器模块，然后在收到电源开关关闭指令后编辑短信发给GSM模块，再由GSM模块发到手机，接着关闭设备。

上述为比较理想的解决方案。

方案硬件选用如下：红外线计数部分核心采用AT89C51单片机，选用GC-30红外光电转换为测量部分。短信控制器部分继电器选用HCP3，GSM模块选用SIM800C，主要微处理器模块选用STM32F105单片机。

（1）AT89C51单片机资源丰富，性价比高。

（2）SIM800C模块性能稳定并且速度快、反应灵敏、功耗低、价格低廉，能够长期稳定运行。

（3）HCP3继电器电流能力可达到20A，能做为闭合或断开钢桶制造设备的开关。

（4）STM32F105单片机具有很高的性价比，片内集成的资源非常丰富，性能稳定、功能强大。

方案总体框图如图1所示：

图1 方案总体框图

方案软件流程图如图2所示：

图2 方案软件流程图

6 方案结构与原理

（1）短信控制，即通过短信来发送或是接收信息，信息处理后发送给控制物体并且实现控制的过程。GSM短信控制器，就是主要利用SIM卡登陆GSM网络通过短信来实现开关量与信息远程控制之间的交换。短信控制器由三部分组成：GSM通信模块、微处理器模块、继电器。GSM通信模块具有短信、数据传输等基于GSM网络等功能；微处理器模块用于控制总体系统；继电器控制设备开关。操作方法为：授权手机端编辑一条短信命令（比如*1100#，命令格式和含义编程者自己定），发送到GSM模块，GSM模块收到短信后将命令解读，然后将命令输送给微处理器，微处理器检查短信是否有效，是否由授权端手机发送。若符合条件，微处理器将控制继电器吸合，来控制机械开关。为防止机械开关频率太过频繁而导致机械损坏，每次开启或者关闭机器时，都会进行1分钟的延迟来保证正常的开关频率。

（2）自动计数需要光电发射与接收电路、计数电路两部分。光电发射与接收电路中，采用红外电式传感器，将被测量转化为光信号的变化，接着由光电元件将光信号转化为电信号。计数器以89C51单片机为核心，使用光电传感器接收信息。当通过一个钢桶时，红外光被钢桶遮挡，产生反射，光电接收管就会接收一次，光电接收管的输出电压会放大并处理，就会产生数字脉冲。进而通过光电隔离耦合输入至单片机管脚，接着输出到微处理器。

（3）发送短信至授权手机。设备接收到一条关闭指令时，将微处理器将采集到的计数数据输入至GSM通信模块，由GSM通信模块将计数数据以短信的方式（两条：一条为劣质桶数量；一条为优质桶数量。选择以两条短信发送的方式是为了更方便统计多个工作时间内生产的劣质桶与优质桶的总和）传输至授权手机。

7 企业运用短信控制开关及光电计数的意义

远程控制属于目前信息技术领域的热点，将远程控制运用至企业管理中，企业可从各个方面来改善或提升生产效率，能够节约大量的人力资源，进而为企业创造更多的经济效益。

（1）提升生产管理效率。在增加了光电计数来统计优质桶与劣质桶个数的功能之后，减少了统计个数所需的工作人员人数，可以直接由上级接收信息，缩小了管理链条，实现了生产组织的扁平化，提高了生产管理效率。

（2）提高了工作效率。远程控制开关的实现，不再需要专门人员每日去开启或是关闭设备，手机接收短信（优劣桶个数）的可行性，使得管理人员可以简明了解到每次设备运行时生产状况，不再需要专门的人员去统计优劣桶个数并向上级报告，并且接收到的短信可以通过网页浏览器登录网页版的短信平台进行操作。

（3）提高了劳动效率。优劣桶传送带的存在，让工作人员减少了不必要的劳动。在未增加传送带的时候，每次检测到发生漏气的劣质桶，则需要有人员去把劣质桶取下，而劣质桶并不是每时每刻都出现，若专门设立人员等待劣质桶出现并取下会十分浪费人力资源；但是若是由其他人员兼顾，在其他人员进行其他工作时检测出劣质桶，则有可能出现取桶不及时导致工作暂停的情况。传送带的存在让这种情况不再出现，能够将劣质桶优质桶很好的运输及有序的排列，使工作人员能专注手头上的工作，提高了劳动效率。

（4）促进企业与技术共同发展。实现远程控制是企业信息化的重要发展趋势，具有巨大的前景。钢桶制造厂处于低利润的竞争之中，增加短信控制机械开关与自动计数并发送生产状况至手机，虽对生产效率而言改善并非特别明显，但在企业工厂的管理上来说是前进的一大步，可节约不少人力资源，降低企业生产成本。

现代工业发展速度十分惊人，加强对制桶设备的短信控制技术的研究，普及控制技术的使用规模，有效的减少可避免的人工生产成本，降低人员的工作强度，使工作人员将工作时间用于更重要的生产部分，提高钢桶制造厂的经济效益，促进钢桶行业的蓬勃发展。

8 结语

近二十年来，远程控制技术与企业之间相辅相成，远程控制技术伴随着工业的规模扩大和对产品质量要求的提升而不断发展，在企业能够追求更大的经济效益和更优质的产品的同时，也促进了远程控制技术的发展。倘若钢桶设备制造厂与钢桶制造厂能够越来越好的掌握远程控制技术与其他更先进的技术，结合钢桶业发展的实际需求，我国的钢桶业发展将能尽快与国际水平比肩。

本方案中采用SRD-05VDC-SL-C、SIM800C、STM32F105、AT89C51 等主要模块，体积小并且系统性能稳定、不易受外界因素影响，能够长期有效运行在狭窄地方安装而不影响设备本身。用户只要使用手机发送特定命令至GSM 模块就可以实现远程操作以及高精度控制，具有较好的研究价值。

（作者：吴翔南，温州商学院信息工程学院）