生产流水线产品产量统计显示系统06602210论文终稿郝红梅.docx

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生产流水线产品产量统计显示系统06602210论文终稿郝红梅

本科生毕业论文（设计）独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

论文（设计）作者签名：

日期：

本科生毕业论文（设计）使用授权声明

海南师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权海南师范大学可以将本毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。

论文（设计）作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

生产流水线产品产量统计显示系统

摘要：

随着当今社会的快速发展，越来越多的产品装配线上及各种公共场都需要自动计数。

基于单片机的自动计数器是计数直观、显示准确的优势产品，已经被广泛应用于各个行业。

自动计数器有各种形式，具体来说有接触式和非接触式两种计数器。

随着当今科学的发展，非接触式红外计数器被广泛的应用到各行各业。

本次设计以STC89C51单片机为核心，利用专用的红外传感器作为检测装置，用LED数码管作为人机交互的界面。

具有结构简单、操作方便、显示清楚等特点。

具体思路是专业检测芯片（本次设计用红外传感器）形成计数脉冲后送入STC89C51单片机控制单元，通过对单片机编程实现计数，然后由数码管LED显示，从而实现对流水线产品产量的统计显示。

关键词：

红外检测；自动计数；单片机；LED数码管

Productionlineproductproductionstatisticsshow

Author:

HaoHongmeiinstructor:

WeijianDeSeniorEngineer

（DepartmentofAutomation,HainanNormalUniversity,Haikou,571158）

Abstract:

Withtherapiddevelopmentoftoday'ssociety,moreandmoreproductsontheassemblylineandavarietyofpublicplacesneedtoautomaticallycount.Microcontroller-basedautomaticcounteriscounterintuitive,accurateandsuperiorproducts,hasbeenwidelyusedinvariousindustries.Counteravarietyofforms,ingeneral,contactandtwonon-contactdigitalcounter.Beenwidelyusedinscientificandtechnologicaldevelopmenttoday,thenon-contactinfraredcounter.

STC89C51ofthisdesignasthecore,theuseofspecialinfraredsensorsasadetectiondevice,LEDdigitaltubeastheinteractiveinterface,simplestructure,easyoperation,cleardisplay.TheguidingideologyaSTC89C51microcontrollercontrolunit,professionalinfrareddetectionchipformedpulseintothemicrocontroller,microcontrollerprogrammingtocontroltheLEDdigitaltube,thestatisticsshowthatinordertoachievetheproductionofpipelineproducts.

Keywords:

infrareddetection;utomaticcounting;microcontroller;LEDdigitaltube

目录

1.绪论………………………………………………………………5

1.1前言……………………………………………………………5

1.2研究背景………………………………………………………5

1.3国内外的研究概况……………………………………………5

1.4课题分析………………………………………………………5

1.5设计要求………………………………………………………6

2.系统方案论证与硬件框图………………………………………7

2.1方案论证与选择………………………………………………7

2.2系统硬件框图…………………………………………………9

2.2.1系统硬件框图…………………………………………9

3.系统单元电路的设计……………………………………………10

3.1红外线检测电路……………………………………………10

3.1.1红外传感器的概念……………………………………10

3.1.2红外传感器的组成和分类……………………………10

3.1.3红外传感器的应用……………………………………10

3.1.4本次使用红外传感器的特点与原理……………………11

3.1.5此次单片机与红外模块连接仿真图……………………11

3.2LED显示器部分………………………………………………12

3.2.1MCS-51单片机和LED显示接口…………………………12

3.2.2LED数码管的特点………………………………………12

3.2.3LED显示器结构和工作原理……………………………12

3.2.4常见数字和字符共阴极和共阳极字段码……………13

3.2.5LED数码管显示器的译码方式………………………13

3.2.6数字控制动态扫描…………………………………14

3.2.7本次设计数码管显示部分…………………………15

3.2.8本次设计次单片机与数码管连接仿真图……………16

3.3单片机计数及控制部分…………………………………17

3.3.1单片机最小系统……………………………………17

3.3.2单片机计数部分……………………………………20

3.3.2.1外部中断计………………………………………20

3.3.2.2本次设计中断仿真图………………………………21

4.系统流程图、程序设计………………………………………22

4.1主程序流程图……………………………………………22

4.2脉冲中断流程……………………………………………22

4.3程序设计…………………………………………………22

5.系统调试……………………………………………………24

6.系统电路图…………………………………………………25

6.1整体系统仿真原理图…………………………………25

6.2系统实物效果图…………………………………………26

7.心得体会……………………………………………………27

8.参考文献……………………………………………………28

9.附件…………………………………………………………29

1.绪论

1.1前言

自动化时代的社会，许多制造商在生产经营中几乎都要使用到流水线技术，但如何实现对其产品实时，高效，准确的自动计数成为广大厂商的极为关注的问题。

传统的计数器是一个数字集成电路组件，有许多缺点：

例如：

电路有更复杂的组件，较高的故障率，维修比较困难等。

并且不能很方便设置预定值，功能比较单一，适用范围窄。

因此，具有实时计数准确、可靠、稳定的基于以单片机作为控制核心的自动计数装置成为广大厂家的首选。

1.2研究背景

当今社会，基于单片机计数设备和以开发产品的微控制器技术为基础的控制技术发展迅速，在各个领域得到广泛应用。

以单片机为核心的产品和设备，促进了生产技术水平的提高，因此企业迫切需要很多懂单片机技术开发、应用和维护这些智能产品管理的高级工程技术人员。

电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它采用电子检测在一段时间内输入的脉冲数，以数字形式显示的结果。

单片机以其体积小、功能强、可靠性高、性价比高的特点，已成为实现工业生产技术、智能化测量和控制产品的进步和发展的一个重要手段。

1.3国内外研究概况

当今的自动计数器产品大多采用非接触的方式，并已开发出多种型号的专用测试芯片。

使用以STC89C5为核心，辅以各种外设控制单元的自动计数装置应用已成为趋势。

但是，如何提高自动实时计数器的抗干扰能力、稳定性等是国内外生产研究的自动计数器的重要课题。

自动计数是工厂流水线产品产量检测的主体，但其往往工作在极其恶劣的高温、高噪音环境中。

而以STC89C51的为核心的微控制器产品系列自动计数器工作在这种环境下会经常进入死机（程序进入无限循环）或出现滥用（单片机逍遥），这是基于单芯片自动技术产品存在的致命缺点。

1.4课题分析

基于单片机构成的自动计数器产品研究的主要课题包括：

红外模块的原理、红外模块如何与单片机相连接、单片机如何与数码管相连接、STC89C51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、数码管如何编程显示计数值。

在这个设计中主要需要解决的问题便是如何用单片机通过C语言程序实现对红外检测装置信号的计数、数码管对单片机传过来信号的显示。

1.5设计要求

1）、整个系统具有很强的抗干扰能力

2）、单片机最小系统设计，包括复位电路等

3）、能够准确地显示计数值

4）、具有自动清除功能

2.系统方案论证与硬件框图

2.1方案论证与选择

方案一、

图2.1.1方案一

原理阐述：

首先，红外发射管发出一个信号，红外接收管接收。

由于红外接收管有如下特点：

即红外接收管能够根据红外光电阻原理分压获得基准电压，然后通过电压比较器输出高低电平。

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，使得电压比较器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。

方案二、

图2.1.2方案二

原理阐述：

在这个方案中，红外发射电路以NE555为核心，红外接收电路以LM567的核心，共同构成红外检测电路，该电路当有物体时会产生一个计数脉冲。

而计数显示部分则使用了集译码、驱动、锁存、显示为一体的四合一芯片CL102。

由红外检测电路产生计数脉冲，然后通过CL102显示，方便简单。

方案三、

图2.1.3方案三

原理阐述：

当流水线上没有物体时，红外传感器没有检测到外部信号，处于高电平状态；当流水线上有物体时，红外传感器检测到有外部信号，由原来的高电平状态变为低电平状态，产生信号。

将红外传感器的输出端与单片机I/O连接，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。

并通过P0、P1、P2分别接到数码管上，由数码管来显示其个数。

当需要置位时按下复位开关，则计数器清零，重新开始计数。

上述三个方案各有优缺点：

方案一涉及到较广泛的知识，可以实现准确、稳定、自动的计数，电路硬件设计要求较高，从而可以学习到很多。

但一个致命的缺陷，整个系统的硬件电路比较复杂，所以系统的抗干扰弱，不能保存数据，系统断电后，系统处于异常状态，容易出现死机或误用。

方案二是一个简单的自动计数器，廉价、准确计数，但系统处于异常状态时，工作很不稳定。

况且这个方案所有的东西几乎都是现成的，只需连接电路即可，比较简单故不选用。

方案三是本次毕业设计所选方案，该方案不仅能完美实现自动计数功能，当系统处于异常状态和干扰时，由于专用的红外探测电路和数码管显示器是非常稳定，所以整体电路的稳定性非常好。

外围电路设置相对简单，整体看起来比较美观，在市场上属于高端自动计数产品。

更重要的是，使用数码管，使显示更加直观、丰富。

通过该设计可以更进一步的理解学习C语言，这也是本次设计非常看重的，故选该方案。

2.2系统硬件框图

2.2.1系统硬件框图

图2.2.1系统硬件框图

原理阐述：

当流水线上没有物体时，红外传感器没有检测到外部信号，处于高电平状态；当流水线上有物体时，红外传感器检测到有外部信号，由原来的高电平状态变为低电平状态，产生信号。

将红外传感器的输出端与单片机I/O连接，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。

并通过P0、P1、P2分别接到数码管上，由数码管来显示其个数。

当需要置位时按下复位开关，则计数器清零，重新开始计数。

3.系统单元电路的设计

3.1红外线检测电路

3.1.1红外传感器的概念：

红外传感器，在20世纪80年代兴起的一个新的，高度敏感的探测器元件。

它是一种能够探测到由红外线发射出的信号并且转换成电信号的器件。

红外又称红外光，它具有反射，折射，散射，干涉，吸收和其他属性。

利用物体产生红外辐射特性，红外传感器可以实现自动检测。

任何物质，只要有一定的温度（绝对零度以上），可以产生红外线辐射，就可以用红外传感器检测。

红外传感器测量与被测对象无直接接触，从而具有无摩擦，灵敏度高，响应速度快的优势。

3.1.2红外传感器的组成和分类：

组成：

红外传感器组成由光学系统、检测设备和转换电路组成。

分类：

按结构的不同可分为光学系统的传输和反射两种类型。

检测元件根据热检测设备和光学检测设备的原则，可以分为热敏监测和光电检测两部分。

使用最广泛的热元件是热敏电阻。

热敏电阻器是由红外辐射、温度、电阻改变成电信号输出的转换电路。

3.1.3红外传感器的应用：

红外传感器通常用于气体成分分析、非接触式温度测量以及无损检测，在医疗、空间技术、军事和工程环境等领域有着广泛的应用。

在医学领域的应用：

人类焦耳温度感测

空间技术的应用：

通过监测地球的云层（利用卫星上的红外传感器），从而实现大范围的天气预报，为人类服务。

此外还可以利用红外传感器可以探测正在运行飞机的发动机过热情况，以防飞机出现问题。

在军事上：

通过有效的监测，可以帮助确定战略目标的资源和变化。

通过高精度的卫星遥感的军事部署的位置信息，遥感获得大规模的军事行动遥控器上的传感器，这是相应的国家采取适当措施，以提供一个快速和有效的信息留下的痕迹。

遥感技术在其中的具体操作，可以帮助分析当地地形，资源，帮助程序员来判断自己的战术动作。

可见，在科学技术、工农业生产和日常生活领域，传感器发挥着越来越重要的作用。

人类社会的不断增加对传感器的要求不仅为传感器技术的发展的提供了强大动力，而且为现代科学技术的进步提供了坚强的后盾。

二十一世纪，一方面提高了传感器的技术性能;一方面，通过寻找新原理，新材料，新工艺和新功能来改善传感器的性能，并创造更多的传感器。

3.1.4本次使用红外传感器的特点与原理

特点：

1）、具有信号输出指示

2）、单路信号输出

3）、输出为低电平有效

4）、灵敏度可调

5）、可用于工件计数、电机测速等

6）、电路板输出开关量

原理：

红外模块有三个I/O口，两个口分别接电源正负极，另一个口则为输出口，当红外传感器没有检测到外部信号时该输出口处于高电平状态，当检测到外部物体时该输出口由高电平状态变为低电平状态，通过与单片机的I/O连接来检测高低电平变化。

原理图：

图3.1.1原理图

3.1.5此次单片机与红外模块连接仿真图：

图3.1.2仿真图

说明：

红外模块在仿真中用开关代替红外模块

3.2LED显示器部分

3.2.1MCS-51单片机和LED显示接口

经常使用的单片机应用系统，LED数码管作为显示输出设备。

虽然LED显示屏显示信息简单，但它有显示清晰、高亮度、低电压、使用寿命长等特点。

和单片机接口连接方便，基本能够满足单片机应用系统的需求，所以经常被用在单片机领域。

3.2.2LED数码管的特点

1.LED驱动器能与CMOS、TTL电路兼容,在低电压、低电流条件下。

2.LED响应时间非常短（<0.1秒），具有良好的色彩和高亮度，高频率的特点。

3.寿命长，10万小时或以上，甚至高达1万小时，成本低。

3.2.3LED显示器结构和工作原理

LED数码显示器是一个发光二极管显示结构的组合。

常用的为8段数字显示，共阴极和共阳极常见。

如图所示。

图3.2.1常用的为8段数字显示

3.2.4常见数字和字符共阴极和共阳极字段码

图3.2.2常见数字和字符共阴极和共阳极字段码

3.2.5LED数码管显示器的译码方式

译码方式：

指由显示字符转换得到对应的字段码的方式，分为硬件译码和软件译码两种方式。

硬件译码：

图3.2.3硬件译码

软件译码静态显示：

图3.2.4静态显示

说明：

LED静态显示时，其公共端直接接地（共阴极）或接电源（共阳极），各段选线分别与I/O口线相连。

要显示字符，直接在I/O线送相应的字段码。

软件译码动态显示：

图3.2.5动态显示

说明：

LED动态显示是将所有的数码管的段选线并接在一起，用一个I/O口控制，公共端不是直接接地（共阴极）或电源（共阳极），而是通过相应的I/O口线控制。

3.2.6数字控制动态扫描

段选线的LED数码管的每位由8位I/O端口控制，在每一刻同时供电，因此所有LED会显示相同的字符，要想使每一个字符不同，你必须使用扫描动态LED显示字符，只有在每一个瞬间。

在瞬间，选择相应的字符代码段选择器（字型码），“中显示所选的功率选择控制I/O端口来控制I/O输出。

（LED是共阳极，送入高电平），以确保相应的字符在轮流的数字显示，使每个分时显示屏应显示字符。

选定的代码段，代码选择每到1ms的延迟，由于人眼的视觉0.1s的持续时间：

（100毫秒），所以每次显示的时间间隔不超过20ms，维持的时间延迟时间造成视觉效果的持久性，使每个数码管的外观总是亮的。

3.2.7本次设计数码管显示部分

显示部分是通过三个数码管来完成，分别接到P0、P1、P2口上。

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，故在此用共阳极数码管，用共阳极数码管可以不用加驱动，而且显示亮度非常好。

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口上加一个10K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1时，上拉电阻上的电流直接流入单片机中，使数码管的段码上保持低电平，因此码管在这时不发光；而当单片机的P0口输出为高电平时，这时上拉电阻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（这里用的是共阳数码管）。

本次设计显示部分采用软件译码动态显示，所谓的软件译码动态显示是指字符段选择组织一个表来显示字符的第一次查表得到其选举的代码段，然后传送到显示段码。

3.2.8本次设计次单片机与数码管连接仿真图

图3.2.6仿真图

3.3单片机计数及控制部分

3.3.1单片机最小系统

图3.3.1单片机最小系统

单片机的最小系统由电源、EA=1、时钟电路、复位电路组成，下面介绍每个组件。

1.电源引脚：

工作电压为5V

40引脚电源端（Vcc）

20引脚　接地端（GND）

2.外部晶振引脚图14

19引脚XTAL1

18引脚XTAL2

图3.3.2连接方式

外部振荡器信号应直接添加在XTAL1，XTAL2上，XTAL1是片上振荡器放大器反相的输入，和XTAL2输出使用一个外部振荡器。

内部模式，时钟发生器的振荡频率的脉冲，如水晶，是12MHz的时钟频率为6MHz。

晶振频率为1MHz-24MHz的。

电容约需30PF。

系统时钟电路设计使用的内部，即使用的片上振荡器电路。

STC89微控制器内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。

放大器管脚的输入和输出是XTAL1和XTAL2。

该放大器芯片的晶体谐振器作为反馈元件一起构成自激振荡器。

电容器C1和C2组成一个并联谐振电路连接到放大器的反馈环路构成外部石英晶体谐振器。

严格的要求，外部电容值，电容的大小会影响振荡器的频率水平，振荡器的稳定性，起效迅速和温度稳定性。

因此，本系统的12MHz晶体振荡器电路的值，电容应该可以选择陶瓷电容器，有关建议为33μF的电容值。

3.复位端　

9引脚RST端　

在振荡器运行，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高铅腿将复位MCU，只要脚保持高的51芯片将周期复位。

复位后P0-P3的端口设置为所有高层次，程序计数器，特殊功能寄存器SFR被清除一针性能。

当复位引脚从高至低，片内ROM-00H开始运行程序，重置外部复位电路。

复位电路通常是自动电复位按钮复位两种方式上的电源按钮，复位电路，这个电路。

选择时钟频率为12MHz，C采取推荐为22μF，约200Ω，R约10K。

复位操作，不影响内部RAM。

4.复位电路图

图3.3.3复位电路图

5.输入和输出引脚

（1）P0口的端口是8位漏极双向开路的，端口写入1时表示输入为高阻抗。

可以驱动8个TTL，当作为输出口时。

P0口在进行地址转换或数据总线访问时。

内部程序存储器负责接收指令字节和输出指令字节，接上外部上拉电阻才可进行校准及访问外部程序和外部数据存储器。

（2）P1口的端口是8位双向的内部上拉电阻组成的，可以驱动4个TTL输出。

的端口设置为1时，端口内部上拉电阻拉高，用于输入。

在内部闪存程序存储器的编程，接收地址信息的低8位。

（3）P2口的端口是8位双向内部上拉电阻的I/0组成的。

可以驱动4个TTL输出。

的端口设置为1时，端口内部上拉电阻拉高，用于输入。

接收高8位地址信息的内部数据存储器负责外部程序和16位外部存储器的访问，P2口在访问时发送高地址，不改变8位外部数据存储器地址针。

（4）P3口，P3.0-P3.7是P2是一个8位的双向端口内部上拉电阻。

可以驱动4个TTL输出。

的端口设置为1时，端口内部上拉电阻拉高，用于输入。

3.3.2单片机计数部分

3.3.2.1外部中断计数

完成技术功能的部分由单片机STC89C51控制，基本原理为当红外检测部分检测到光时，红外接收电路输出口将产生一个高电平信号，该信号将提供给单片机计数控制，P0、P1、P2三个端口负责实现显示的部分。

计数控制部分将计入脉冲的单片机STC89C51中断INT0的入口入口，计数编程构成中断信号后，内部的微控制器。

STC89C51的MCS-52指令集完全兼