基于红外传感器的光电计数器设计论文陆概要.docx
《基于红外传感器的光电计数器设计论文陆概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于红外传感器的光电计数器设计论文陆概要.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于红外传感器的光电计数器设计论文陆概要
光电检测技术课程设计论文
题目：
基于红外传感器光电计数器的设计
姓名：
班级：
学号：
日期：
2015年7月15日
摘要：
在当今社会飞速发展的格局下，越来越多的流水线上的产品和各种商业场合的人员需要进行自动计数.基于单片机构成的产品自动计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。
本文所设计的计数器是采用红外对射式方式，抗干扰性好，可靠性高。
本设计的指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号.当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时将这个电平信号送入单片机进行控制计数，并经译码驱动电路使数码管显示数值。
这样就得到要统计的人或物的数量。
本设计应用单片机AT89C51芯片作为核心，4位LED数码管，使用LM324芯片实现红外线计数，并且添加了报警功能。
这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，操作简单，编程容易等。
关键词：
单片机；红外对射管；LM324；蜂鸣器；LED数码管
Rapid development in the pattern of today's society, more and more of the pipeline of products and a variety of businessoccasions need to automatically count. Based on SCM products constitute automatic counter has the advantages of intuitive and accurate count, now in a variety of commonly used in industry.This article is designed to counter radio-style method using infrared, interference immunity and high reliability.
The design of the guiding idea is to use infrared emissioninfrared LED, infrared receiver to receive the infrared, and enlarge, forming high commutation signal. When persons or block infrared light, the receiver does not receive infrared control signals, the amplifier the output low, while the level control signal into the microcontroller counts, and by decoding the digital display drive circuit values. This will be the number ofpersons or things to statistics. The AT89C51 microcontroller chip design applications as a core, 4 LED digital tube, the use of infrared LM324 chip count, and add the alarm function. This implementation method has the advantage of simple circuit, reliable, real-time, simple operation, easy programming and so on.
Key words:
SCM; infrared shooting tube; LM324; Buzzer LED digital tube
一绪论
1.前言
在当今社会飞速发展的今天，厂家基本采用流水线技术进行产品生产作业，而怎样对其线上的产品进行实时的、有效的、精确的自动计数成为广大生产厂家十分关注的问题。
传统的机械式或电子式计数器（主要是用数字电路集成组件组成）电路比较复杂，元器件数量较多，故障率较高，维修比较困难，而设置预定数值不太方便，功能不易更改且功能过于单一，适用范围较窄。
而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时、精确、可靠、稳定等计数优点已成为广大厂家的首先自动计数装置。
2.选题背景
当今社会，单片微型计算机技术迅速发展，基于单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高，企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才，单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段，已经实现或部分实现，但要真正完美地实现这些目标，对于设计者来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了，电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。
3.相似系统发展概况
如今的产品自动计数器大多采用非接触方式，早已开发出了多种型号的专用检测芯片。
而利用AT89C51为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。
而如何提高自动计数器的实时性、抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产研究的主要课题，产品自动计数主要用于工厂的流水线眩，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境中，而AT89C系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误操作（单片机程序跑飞）或死机（程序进入死循环），这也是基于单片机构成的产品自动计数器存在的致命。
红外线电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。
它利用红外线发射器发射红外线，接收器接收由物体阻挡或直射的红外线，把接受到的红外线信号转换为电脉冲，并由放大电路进行多级放大，通过计数芯片分析，计算出遮拦的次数，再由数码译码器翻译，通过动态数字显示方式显示被测物体遮挡的次数从而进行计数。
随着红外技术的提高，在军事、医学等多种领域得到应用，在军事上可以用来防止敌人的侵入，在医学上可以查看病人的病情等[11]。
红外线电子计数器作为工业生产流水线上的重要组成部分，对任何一个大型乃至中、小型企业都是不可或缺的。
它能够快速准确的统计产品的数量提高生产的效率，节约大量的人力资源，提高厂家的竞争力。
并且随着红外计数器的不断改进，抗干扰能力增强，可以在许多恶劣的地方代替科研人员进行科学工作
二、设计任务和设计目标
本设计主要任务是以单片机为主控芯片来进行软件控制，能正常进行数据计数。
基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：
如果构成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。
在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力以及稳定性。
主要目标：
1、数码管可以显示产品个数（0-99），自由设定产品报警个数（比如8），当产品数目是8的个数时，发出报警（蜂鸣器响）。
2、独立设计电路，应包括单片机小系统、红外光电开关、数码管显示部分。
三、总体方案及论证
方案一，框图如下：
原理：
红外发射电路（以NE555为核心）和红外接收电路（由LM567为核心）构成红外检测单元及形成计数脉冲，计数显示部分使用了四合一芯片CL102它是集译码、驱动、锁存、显示为一体。
方案二，框图如下：
原理：
利用红外接收发射管的特性（即红外接收头在有红外光电阻原理分压可取基准电压，然后通过电压比较器可输出高低电平，当有红外光照射的时候，红外接收管串联的电阻分得的电压很大，可使电压比较器LM324输出为低电平；当无红外光照射的时候，红外接收头串联电阻分得的电压很小，可使电压比较器LM324输出为高电平，然后通过单片机处理，可使输出精准的计数值。
两个方案各自优点：
方案一是一个简易的产品自动计数器，价格低廉、计数精确，但在系统处于异常状态时，工作十分不稳定，也是属于现在产品自动计数市场上的淘汰产品，仅用于在计数要求不高的场合中，这个方案太过于简单故不选用。
方案二是这次设计用的方案，之所以选用主要是这个方案涉及的知识面广且能达到精确、稳定的自动计数，但也有一个致使的缺点，整个系统的抗干扰力较弱，系统掉电后不能保存数据，在系统牌异常状态时容易出现误操作或死机，这也是此设计看重的问题。
经比较分析可知，选用方案二较好。
四、系统工作原理
由以上论证，本设计采用方案二。
1.其系统工作原理图为：
2.软件流程图
五、硬件及软件设计
1．光电红外传感器部分
光电开关电路主要由光电开关管，即光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
本次设计所采用的光电开关，其型号为E18-B03N1封装的反射红外传感器。
红外线检测电路
如图所示，红外线检测部分采用一对红外发送接收管完成，当电路正常工作时，无障碍物遮挡，红外接收头有红外线照射，这时，红外接收头的电阻很小，大部分电压都加在R3上，这正是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压由R4和R5分压得到
，而R3分得的电压要大于此基准电压值，故这时电压比较器LM324输出高电平；当在红外发射接收管间有一不透光的障碍物时，，红外接收头无红外线照射，这时红外接收头的电阻很大，大部分电压都加在红外接收头上，这也是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压也是由R4和R5分压得到，和原来电压一样，这时，R3分得的电压要小于此基准电压值，故这时电压比较器|LM324输出低电平。
2.电源供电电路
如图所示电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器7805稳压后供电，电源用220V的家庭用电经变压器降至9V交流电，然后经四个整流二极管（D1～D4）组成的桥式整流成直流电压，经C1滤波后输入7805芯片稳压成5V直流电源供红外发射、接收电路、AT89C51等供电。
3.数码管显示和扫描部分
数码管显示部分
显示部分是通过74LS245作为数码管的驱动级和两个PNP三极管来完成位选操作。
然后再通过软件译码来完成，为了考虑到数码管在动态扫描时，每点亮一个数码管的时间很短暂，这样就会影响到数码管的亮度，故在此用74LS245作为数码管的一个段选驱动级。
而该设计中段码输出口是利用P0口作为输出口，而P0口是漏极开路，虽然有很强的灌电流能力，但拉电流能力很差，故在P0口上加一10的排阻作为上接电阻。
上拉电阻的作用是，当单片机的P0口上输入为0时，上拉电阻上的电流直接流入单片机中，使数码管的段码上伤保持低电平，故在这时数码管不发光；而当单片机的P0口输出为0时，这时上拉电阻的有能使电流灌入单片机中，故排阻上的电流流入数码管中，因此这时数码管发光（这里用的是共阴数码管）。
4、LED数码管的特点：
1.能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。
2.发光响应时间极短（<0.1s），高频特性好，单色性好，亮度高。
3.体积小，重量轻，抗冲击性能好。
4.寿命长，使用天10万小时以上，甚至可达100万小时，且成本低。
5、单片机系统
单片机最小系统是此设计的核心部位，红外传感器所产生的外部脉冲经单片机进行译码而计数的，并且通过对单片机内部进行编译，使外部中断信号通过数码管显示出来，并实现计数功能。
一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、片外RAM、片外ROM、按键、数码管、液晶显示器、外部扩展接口等部分组成。
（1）、时钟源电路
单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图中Y1、C1、C2。
可以根据情况选择6MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。
（2）、复位电路
单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。
手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。
其结构如图 中R1、C3和K1。
上电自动复位通过电容C1充电来实现。
手动按键复位是通过按键将R3与VCC接通来实现。
（3）、计数部分：
计数部分如图十一所示。
由单片机AT89C51控制完成。
基本原理为当红外检测部分检测到有物体经过时，红外接收电路的串联电阻会分压减小，从而使电压比较器的正向输入端小于负向输入端的电压，从而使电压比较器输出一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制。
本设计计数部分采用的是外部中断计数。
（4）、单片机控制部分：
单片机控制数码管显示有责任中方案，和种是查询法，另一种是中断法，这里的中断不再是外部中断，而是利用单片机内部的定时器产生定时中断，从而控制数码管的显示。
查询法类似于上面所说的脉冲的查询方法，主程序在不停地查询并显示数码管的点亮，并且在每位数码管之间还要插入延时程序，而这些延时程序一般都是利用空操作的方法进行延时，这样浪费了大量的时间和空间资料。
在工程设计和产品制作中，一般不采用此方案。
中断法是利用单片机内部产生的溢出进行计数和定时，这样可以准确在某时刻或是是规定的时刻做相应的工作。
在本设计中，是用数码管每1ms轮循地扫描，点亮数码管。
6、软件设计部分：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit buzzer=P3^1;
uchar code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,
0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
uchar num,num1,num2,flag;
void delay（unsigned int i）
{
unsigned int j;
for（i;i>0;i--）
for（j = 110; j >0; j--）;
}
void display（）
{
uchar a,b;
a=num%10;
b=num/10;
if（（num%8==0）&&（num!
=0）&&flag==1）
{
buzzer=1;
delay（1000）;
flag=0;
buzzer=0;
num1++;
if（num1==100） {
num1=0;
}
}
P0=tab[a];
P2=0xfe;
delay（5）;
P0=tab[b];
P2=0xfd;
delay（5）;
}
main（）
{EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
buzzer=0;
while
（1）
display（）;
}
void int1（） interrupt 0
num++;
if（num==100）
{
num=0;
num1++;
}
flag=1;
}
六、设计心得体会
本次设计是利用光电传感器对通过光电门的产品数量计数。
在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，经过自己查找资料，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。
发现自己对单片机AT89S51的功能的认识和应用掌握力度不够，在软件设计程序时常常遇到问题，又找不到错误问题根源所在。
究其原因是我对芯片应用和C语言编写程序的经验太少，速度过慢。
我知道问题的根本原因之后，我认真研究并掌握单片机的应用并提高编写程序的准确度，变成速度。
在设计期间有什么不懂的可以问老师，也可以和同学们互相探讨，也可以通过网络查询。
在设计期间我学到了很多知识和技巧。
总之，这次光电计数器的设计，让我更深入的掌握了单片机的应用和学习到了更多的知识。
[1] 《单片机系统设计及工程应用》 雷思孝等 西安电子科技大学出版社
[2] 《电路基础》 吴大正 西安电子科技大学出版社
[3] 《c++程序与设计语言》揣锦华等西安电子科技大学出版社
[4] 《电子线路CAD实用教程》 潘永雄等 西安电子科技大学出版社
[5]现代传感器技术与应用 王华祥 化学工业出版社 2008
[6]单片机原理与接口技术教程 章韵 清华大学出版社 2009
升级会员 