基于紅外傳感器的光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)論文-陸

1、光電檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目： 基于紅外傳感器光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 日期： 2015年7月15日 摘要：在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展的格局下，越來越多的流水線上的產(chǎn)品和各種商業(yè)場(chǎng)合的人員需要進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù).基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。本文所設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器是采用紅外對(duì)射式方式，抗干擾性好，可靠性高。 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成高電平信號(hào).當(dāng)有人或物擋住紅外光時(shí)，接收管沒有接收到紅外信號(hào)，放大器將輸出低電平，同時(shí)將這個(gè)電平信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行控制計(jì)數(shù)，并經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)電路使

2、數(shù)碼管顯示數(shù)值。這樣就得到要統(tǒng)計(jì)的人或物的數(shù)量。本設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)AT89C51芯片作為核心，4位LED數(shù)碼管，使用LM324芯片實(shí)現(xiàn)紅外線計(jì)數(shù)，并且添加了報(bào)警功能。這種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，性能可靠，實(shí)時(shí)性好，操作簡(jiǎn)單，編程容易等。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；紅外對(duì)射管；LM324；蜂鳴器；LED數(shù)碼管Rapid development in the pattern of today's society, more and more of the pipeline&

3、#160;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

4、0;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&

5、#160;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 

6、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,&

7、#160;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 

8、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, 

9、;reliable, real-time, simple operation, easy programming and so on.   Key words:  SCM; infrared shooting tube; LM324; Buzzer  LED digital tube 一緒論1. 前言在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展的今天，廠家基本采用流水線技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生

10、產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對(duì)其線上的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效的、精確的自動(dòng)計(jì)數(shù)成為廣大生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式計(jì)數(shù)器（主要是用數(shù)字電路集成組件組成）電路比較復(fù)雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而設(shè)置預(yù)定數(shù)值不太方便，功能不易更改且功能過于單一，適用范圍較窄。而基于單片機(jī)為核心控制的計(jì)數(shù)器有著能夠?qū)崟r(shí)、精確、可靠、穩(wěn)定等計(jì)數(shù)優(yōu)點(diǎn)已成為廣大廠家的首先自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。2. 選題背景當(dāng)今社會(huì)，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計(jì)數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)

11、品的高級(jí)工程技術(shù)人才，單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測(cè)控產(chǎn)品的重要手段，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美地實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了，電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測(cè)量?jī)x器，它利用電子學(xué)的方法測(cè)出一定時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)目，并將結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。3. 相似系統(tǒng)發(fā)展概況如今的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器大多采用非接觸方式，早已開發(fā)出了多種型號(hào)的專用檢測(cè)芯片。而利用AT89C51為控制單元、輔以多種外圍硬件搭配而成的計(jì)數(shù)裝置已成為現(xiàn)在自動(dòng)計(jì)數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的潮流。而如何提高自動(dòng)計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)性、

12、抗干擾能力、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)計(jì)數(shù)生產(chǎn)研究的主要課題，產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)主要用于工廠的流水線眩，往往是處于高溫，高噪聲等極度惡劣的環(huán)境中，而AT89C系列單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器在這種環(huán)境中工作時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)誤操作（單片機(jī)程序跑飛）或死機(jī)（程序進(jìn)入死循環(huán)），這也是基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器存在的致命。紅外線電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測(cè)量?jī)x器。它利用紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外線，接收器接收由物體阻擋或直射的紅外線，把接受到的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖，并由放大電路進(jìn)行多級(jí)放大，通過計(jì)數(shù)芯片分析，計(jì)算出遮攔的次數(shù)，再由數(shù)碼譯碼器翻譯，通過動(dòng)態(tài)數(shù)字顯示方式顯示被測(cè)物體遮擋的次數(shù)從而進(jìn)行計(jì)數(shù)。隨著紅外技術(shù)的

13、提高，在軍事、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域得到應(yīng)用，在軍事上可以用來防止敵人的侵入，在醫(yī)學(xué)上可以查看病人的病情等11。 紅外線電子計(jì)數(shù)器作為工業(yè)生產(chǎn)流水線上的重要組成部分，對(duì)任何一個(gè)大型乃至中、小型企業(yè)都是不可或缺的。它能夠快速準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)量提高生產(chǎn)的效率，節(jié)約大量的人力資源，提高廠家的競(jìng)爭(zhēng)力。并且隨著紅外計(jì)數(shù)器的不斷改進(jìn)，抗干擾能力增強(qiáng)，可以在許多惡劣的地方代替科研人員進(jìn)行科學(xué)工作二、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是以單片機(jī)為主控芯片來進(jìn)行軟件控制，能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)?；趩纹瑱C(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器研究的主要內(nèi)容包括：如果構(gòu)成檢測(cè)電路、MCS-51單片機(jī)用何種方式對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)顯

14、示控制、LED顯示驅(qū)動(dòng)模塊的選擇、MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展。在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要需要解決的問題便是如何提高M(jìn)CS-51單片機(jī)的抗干擾能力以及穩(wěn)定性。主要目標(biāo)：1、數(shù)碼管可以顯示產(chǎn)品個(gè)數(shù)（0-99），自由設(shè)定產(chǎn)品報(bào)警個(gè)數(shù)（比如8），當(dāng)產(chǎn)品數(shù)目是8的個(gè)數(shù)時(shí)，發(fā)出報(bào)警（蜂鳴器響）。 2、獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，應(yīng)包括單片機(jī)小系統(tǒng)、紅外光電開關(guān)、數(shù)碼管顯示部分。三、總體方案及論證方案一，框圖如下：紅外發(fā)射電路NE555計(jì)數(shù)顯示專用芯片紅外接收電路電源電路 原理：紅外發(fā)射電路（以NE555為核心）和紅外接收電路（由LM567為核心）構(gòu)成紅外檢測(cè)單元及形成計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)顯示部分使用了四合一芯片CL102它是集

15、譯碼、驅(qū)動(dòng)、鎖存、顯示為一體。方案二，框圖如下：紅外接收管電壓比較器紅外發(fā)射管單片機(jī)控制AT89C51LED顯示器顯示驅(qū)動(dòng)器74LS245電源供電電路7085原理：利用紅外接收發(fā)射管的特性（即紅外接收頭在有紅外光電阻原理分壓可取基準(zhǔn)電壓，然后通過電壓比較器可輸出高低電平，當(dāng)有紅外光照射的時(shí)候，紅外接收管串聯(lián)的電阻分得的電壓很大，可使電壓比較器LM324輸出為低電平；當(dāng)無紅外光照射的時(shí)候，紅外接收頭串聯(lián)電阻分得的電壓很小，可使電壓比較器LM324輸出為高電平，然后通過單片機(jī)處理，可使輸出精準(zhǔn)的計(jì)數(shù)值。兩個(gè)方案各自優(yōu)點(diǎn)：方案一是一個(gè)簡(jiǎn)易的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器，價(jià)格低廉、計(jì)數(shù)精確，但在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時(shí)，

16、工作十分不穩(wěn)定，也是屬于現(xiàn)在產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)市場(chǎng)上的淘汰產(chǎn)品，僅用于在計(jì)數(shù)要求不高的場(chǎng)合中，這個(gè)方案太過于簡(jiǎn)單故不選用。方案二是這次設(shè)計(jì)用的方案，之所以選用主要是這個(gè)方案涉及的知識(shí)面廣且能達(dá)到精確、穩(wěn)定的自動(dòng)計(jì)數(shù)，但也有一個(gè)致使的缺點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾力較弱，系統(tǒng)掉電后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)牌異常狀態(tài)時(shí)容易出現(xiàn)誤操作或死機(jī)，這也是此設(shè)計(jì)看重的問題。經(jīng)比較分析可知，選用方案二較好。四、系統(tǒng)工作原理由以上論證，本設(shè)計(jì)采用方案二。1.其系統(tǒng)工作原理圖為：2.軟件流程圖五、硬件及軟件設(shè)計(jì)1光電紅外傳感器部分光電開關(guān)電路主要由光電開關(guān)管，即光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換

17、成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。本次設(shè)計(jì)所采用的光電開關(guān)，其型號(hào)為E18-B03N1封裝的反射紅外傳感器。紅外線檢測(cè)電路如圖所示，紅外線檢測(cè)部分采用一對(duì)紅外發(fā)送接收管完成，當(dāng)電路正常工作時(shí)，無障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時(shí)，紅外接收頭的電阻很小，大部分電壓都加在R3上，這正是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓由R4和R5分壓得到，而R3分得的電壓要大于此

18、基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器LM324輸出高電平；當(dāng)在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障礙物時(shí)，紅外接收頭無紅外線照射，這時(shí)紅外接收頭的電阻很大，大部分電壓都加在紅外接收頭上，這也是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓也是由R4和R5分壓得到，和原來電壓一樣，這時(shí)，R3分得的電壓要小于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器|LM324輸出低電平。2.電源供電電路如圖所示電源供電部分采用變壓器降壓、橋式整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后供電，電源用220V的家庭用電經(jīng)變壓器降至9V交流電，然后經(jīng)四個(gè)整流二極管（D1D4）組成的橋式整流成直流電壓，經(jīng)C1濾波后輸入7805芯片穩(wěn)壓成5V直

19、流電源供紅外發(fā)射、接收電路、AT89C51等供電。3.數(shù)碼管顯示和掃描部分?jǐn)?shù)碼管顯示部分顯示部分是通過74LS245作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)級(jí)和兩個(gè)PNP三極管來完成位選操作。然后再通過軟件譯碼來完成，為了考慮到數(shù)碼管在動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，每點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管的時(shí)間很短暫，這樣就會(huì)影響到數(shù)碼管的亮度，故在此用74LS245作為數(shù)碼管的一個(gè)段選驅(qū)動(dòng)級(jí)。而該設(shè)計(jì)中段碼輸出口是利用P0口作為輸出口，而P0口是漏極開路，雖然有很強(qiáng)的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在P0口上加一10的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當(dāng)單片機(jī)的P0口上輸入為0時(shí)，上拉電阻上的電流直接流入單片機(jī)中，使數(shù)碼管的段碼上傷保持低電平，故在這時(shí)數(shù)

20、碼管不發(fā)光；而當(dāng)單片機(jī)的P0口輸出為0時(shí)，這時(shí)上拉電阻的有能使電流灌入單片機(jī)中，故排阻上的電流流入數(shù)碼管中，因此這時(shí)數(shù)碼管發(fā)光（這里用的是共陰數(shù)碼管）。4、LED數(shù)碼管的特點(diǎn)：1. 能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、TTL電路兼容。2. 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短（<0.1s），高頻特性好，單色性好，亮度高。3. 體積小，重量輕，抗沖擊性能好。4. 壽命長(zhǎng)，使用天10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)，且成本低。5、 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是此設(shè)計(jì)的核心部位，紅外傳感器所產(chǎn)生的外部脈沖經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行譯碼而計(jì)數(shù)的，并且通過對(duì)單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行編譯，使外部中斷信號(hào)通過數(shù)碼管顯示出來，并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)

21、功能。一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外RAM、片外ROM、按鍵、數(shù)碼管、液晶顯示器、外部擴(kuò)展接口等部分組成。 （1）、時(shí)鐘源電路  單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖中Y1、C1、C2?？梢愿鶕?jù)情況選擇6MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。   （2）、復(fù)位電路  單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。

22、手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如圖 中R1、C3和K1。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C1充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過按鍵將R3與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。（3）、計(jì)數(shù)部分：計(jì)數(shù)部分如圖十一所示。由單片機(jī)AT89C51控制完成?；驹頌楫?dāng)紅外檢測(cè)部分檢測(cè)到有物體經(jīng)過時(shí)，紅外接收電路的串聯(lián)電阻會(huì)分壓減小，從而使電壓比較器的正向輸入端小于負(fù)向輸入端的電壓，從而使電壓比較器輸出一個(gè)低電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)將供給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。本設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)部分采用的是外部中斷計(jì)數(shù)。（4）、單片機(jī)控制部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制數(shù)碼管顯示有責(zé)任中方案，和種是查詢法，另一種是中斷法，這

23、里的中斷不再是外部中斷，而是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，從而控制數(shù)碼管的顯示。查詢法類似于上面所說的脈沖的查詢方法，主程序在不停地查詢并顯示數(shù)碼管的點(diǎn)亮，并且在每位數(shù)碼管之間還要插入延時(shí)程序，而這些延時(shí)程序一般都是利用空操作的方法進(jìn)行延時(shí)，這樣浪費(fèi)了大量的時(shí)間和空間資料。在工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制作中，一般不采用此方案。中斷法是利用單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的溢出進(jìn)行計(jì)數(shù)和定時(shí)，這樣可以準(zhǔn)確在某時(shí)刻或是是規(guī)定的時(shí)刻做相應(yīng)的工作。在本設(shè)計(jì)中，是用數(shù)碼管每1ms輪循地掃描，點(diǎn)亮數(shù)碼管。6、 軟件設(shè)計(jì)部分：#include<reg52.h>#define uchar unsign

24、ed char#define uint unsigned intsbit buzzer=P31;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 

25、;= 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