產(chǎn)品計數(shù)器報告最終版(共20頁)

1、產(chǎn)品計數(shù)器的設計燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目(tm)： 產(chǎn)品(chnpn)計數(shù)器的設計 學院(xuyun)（系）： 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 燕山大學傳感器原理與設計課程設計任務書院（系）：電氣工程學院 基層(jcng)教學單位：儀器科學與工程系 學 號120103020124120103020125學生姓名于建萍賈慶亮專業(yè)（班級）檢測12-2設計題目產(chǎn)品計數(shù)器的設計設計技術參數(shù)設計一個產(chǎn)品計數(shù)器，主要指標如下：產(chǎn)品之間的間隔在10cm到20cm之間；傳送帶的行進速度為2m/S；產(chǎn)品計數(shù)為工作十進制數(shù)。設計要求在實驗室現(xiàn)有的開發(fā)裝置上操作，利用光電傳感

2、器或磁電傳感器等制成產(chǎn)品計數(shù)器，完成對在一定時間內(nèi)通過某一區(qū)間的物體計數(shù)?？捎糜谧詣踊a(chǎn)線的產(chǎn)品計數(shù)，如機械零件、瓶裝產(chǎn)品等。工作計劃 周1周2：收集消化資料及擬定設計方案周3周4：敏感元件、傳感元件設計、轉換電路設計周5周7：設計結果實驗驗證或演示，撰寫設計說明書下周1：答辯。參考資料1. 呂泉. 現(xiàn)代傳感器原理及應用 清華大學出版社 20062. 何利民.單片機應用系統(tǒng) 設計.北京：北京航空航天大學出版社3. 呂俊芳 傳感器接口與檢測儀器電路 國防工業(yè)出版社 2009指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學(jio xu)單位、系部各一份。年 月 日目

3、 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc16477 第一章 調研(dio yn)報告 PAGEREF _Toc16477 1 HYPERLINK l _Toc1200 1.1 研究(ynji)意義 PAGEREF _Toc1200 1 HYPERLINK l _Toc4321 1.2 研究(ynji)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc4321 1 HYPERLINK l _Toc1543 1.3 設計思路 PAGEREF _Toc1543 2 HYPERLINK l _Toc10712 第二章 理論分析 PAGEREF _Toc10712 3 HYPERLINK l _To

4、c841 2.1 敏感元件 PAGEREF _Toc841 3 HYPERLINK l _Toc31801 2.2 設計匹配電路 PAGEREF _Toc31801 7 HYPERLINK l _Toc17871 2.2.1 采集模塊 PAGEREF _Toc17871 7 HYPERLINK l _Toc16204 2.2.2 單片機計數(shù)模塊 PAGEREF _Toc16204 8 HYPERLINK l _Toc14429 2.2.3 顯示模塊 PAGEREF _Toc14429 9 HYPERLINK l _Toc4529 第三章 仿真電路 PAGEREF _Toc4529 10 HYP

5、ERLINK l _Toc26874 3.1 仿真電路的建立 PAGEREF _Toc26874 10 HYPERLINK l _Toc26115 3.2 仿真結果分析 PAGEREF _Toc26115 11 HYPERLINK l _Toc8232 第四章 實驗 PAGEREF _Toc8232 12 HYPERLINK l _Toc28718 4.1 實驗建立 PAGEREF _Toc28718 12 HYPERLINK l _Toc3632 4.2 結果分析 PAGEREF _Toc3632 14 HYPERLINK l _Toc11674 第五章 設計體會 PAGEREF _Toc1

6、1674 14 HYPERLINK l _Toc11674 評審意見 PAGEREF _Toc11674 15 第一章 調研(dio yn)報告1.1 研究(ynji)意義當今生活是信息時代,是獲取信息和處理信息以及信息應用的時代。傳感信息與檢測技術的重要性在于它是獲得(hud)信息并對信息進行一定處理的基礎技術,是獲取信息和信息加工處理的重要手段之一。傳感與檢測技術是一門知識面廣、綜合程度高、實用性很強的專業(yè)課程。它從傳感器的基本理論入手，著重講敘傳感器的結構與感測原理，傳感器是一個二端口的裝置，不同的傳感器輸入-輸出特性不同，同一傳感器適應不同的被測信號呈現(xiàn)的特性也有所不同。尤其當被測信號

7、為靜態(tài)信號時兩種狀態(tài)下，傳感器的輸入-輸出特性完全不同。感測技術在許多新知識里都有應用，以信息的傳感、轉換、處理為核心，從基本物理概念入手，闡述熱工量、機械量、幾何量等參數(shù)的測量原理及方法。產(chǎn)品計數(shù)器是完成對在一定時間內(nèi)通過某一區(qū)間的物體計數(shù)，在實際生產(chǎn)生活中具有廣泛的應用，對通過的物體進行計數(shù)，實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的搜集，可用于自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)品計數(shù)，如機械零件、瓶裝產(chǎn)品等。能節(jié)省勞動力有能高效地完成任務。隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線計數(shù)、快速在線計數(shù)有了很大發(fā)展。進一步采用新技術，開發(fā)各種自動計數(shù)系統(tǒng)，提高動態(tài)計數(shù)的準確度，加強網(wǎng)絡功能是當今各國發(fā)展的重點。本課程設計采用激光傳感器，

8、進行自動計數(shù)，其工作原理是從光源發(fā)出的一束激光照射在接收管上，每當這束光被遮擋一次時，接收管的工作狀態(tài)就改變一次，然后使單片機記下被遮擋的次數(shù)，通過1602液晶顯示出來。1.2 研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)應用于皮帶機上的計數(shù)器主要有兩種,一種是使用機械手的機械式計數(shù)器,一種是使用反射式光電計數(shù)器?，F(xiàn)在是信息高速發(fā)展的時代，精密儀器已經(jīng)逐漸取代了過去的普通電子設備，很多企業(yè)在生產(chǎn)的過程中，大量使用各種智能化的產(chǎn)品，不但提高了生產(chǎn)管理的水平，同時也使得生產(chǎn)效率得到突破提升。隨著生產(chǎn)自動化、設備數(shù)字化和機電一體化的發(fā)展，對光電計數(shù)器的需求增多。在我國電子技術的不斷發(fā)展和市場新需求的推動作用下，計數(shù)器相關技術和

9、產(chǎn)業(yè)不斷完善，除了它原先存在的主要核心功能外，電子計數(shù)器的輔助功能也逐漸增加，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多功能計數(shù)器，多功能計數(shù)器產(chǎn)品的響應度較高，交直、流電(li din)兩用、耗能低、價格低、無機械碰撞、無磨損、使用壽命長，既可計數(shù)，又可計算。例如在毛衣編織機上運用，除可計數(shù)和計算外，還可實現(xiàn)斷線報警。 通用計數(shù)器不僅可測頻率、周期還可以測多周期平均、時間間隔、頻率比和累計等。頻率計數(shù)器專門用于測量高頻和微波頻 率的計數(shù)器。微波計數(shù)器是以通用計數(shù)器和頻率計數(shù)器為主配以測頻擴展器而組成(z chn)的微波頻率計。它的測頻上限已進入毫米波段，有手動、半自動、全自動3類。系列化微波計數(shù)器是電子計數(shù)器發(fā)展的一

10、個重要方面。 國外方面，實際上根據(jù)最新的研究成果和趨勢，對計數(shù)器的研究大體分為通用與專用兩個大類。而光電計數(shù)器就是其中的一種。國內(nèi)外至今已出版了大量有關光電計數(shù)器理論研究和技術(jsh)應用的專門書籍。在60年代以后，各種光電材料得到了全面的研究和廣泛(gungfn)的應用。它們的結構有單晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它們的成分有元素半導體的和化合物半導體的，也有多元混晶的。其中最重要的兩種是硅和碲鎘汞。硅的原料豐富,工藝成熟,是制造從近紅外到紫外波段光電器件的優(yōu)良材料。碲鎘汞是碲化汞和碲化鎘的混晶，是優(yōu)良的紅外光敏材料。光電式傳感器的最新發(fā)展方向是采用有機化學汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長

11、等新技術和異質結等新工藝。光電式傳感器的應用領域已擴大到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護等領域。在紅外探測、輻射測量、光纖通信，自動控制等傳統(tǒng)應用領域的研究也有新發(fā)展。例如，硅光電二極管自校準技術的提出為光輻射的絕對測量提供了一種很有前途的新方法。 同時，國內(nèi)的制造技術水平遠不如國外，制造技術不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的關鍵時期,制造技術是我們的薄弱環(huán)節(jié)?？傊?在我國研究和發(fā)展先進制造技術勢在必行。1.3 設計思路設計一個產(chǎn)品計數(shù)器，主要指標如下：產(chǎn)品之間的間隔在10cm到20cm之間；傳送帶的行進速度為2m/S； 3.產(chǎn)品計數(shù)為工作

12、十進制數(shù)。根據(jù)主要指標，進行自己的設計。系統(tǒng)的總體框圖如下：圖1.3 系統(tǒng)的總體(zngt)框圖由圖可見，系統(tǒng)包含3個模塊，分別為采集模塊，計數(shù)模塊，顯示模塊。其中利用激光發(fā)射管和接收管作為(zuwi)計數(shù)器的傳感器，為采集模塊，用串口5v供電。當有物體擋住發(fā)射管發(fā)射的光時，傳感器就會輸出一個低電平，沒有(mi yu)物體擋時輸出是高電平，這樣的話有物體路過傳感器時就會產(chǎn)生一個下降沿；把輸出信號接到單片機的外部中斷的引腳上或外部計數(shù)引腳上，之后stm8單片機把實時的計數(shù)值通過1602液晶顯示出來。第二章 理論分析2.1 敏感元件光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化

13、轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。激光傳感器.激光發(fā)射接收對管（非調制管）激光發(fā)射管圖2.1.1 激光(jgung)傳感器技術參數(shù)：出光形狀(xngzhun)：點狀波長(bchng)：650nm(紅光）光功率：小于5毫瓦工作電流：小于40毫安工作電壓：35V尺寸規(guī)格：6.5*18mm(含線路板）驅動方式：APC單重：2.5g電源引線長：95mm外殼材質：黃銅可調焦（沒點膠）圖2.1.2 激光(jgung)傳感器結構圖圖2.1.3 接收(jishu)頭的使用圖2.1.4 激光(jgung)傳感器的注意事項圖2.1.5 激光(jgung)傳感器的應用2.2 設計匹配(

14、ppi)電路2.2.1 采集(cij)模塊圖2.2.1 激光(jgung)發(fā)射管和接收管的原理圖利用激光發(fā)射管和接收(jishu)管作為計數(shù)器的傳感器為采集模塊，為了方便我們沒有用穩(wěn)壓模塊來供電，而是直接用現(xiàn)有的串口來提供5V的電壓來驅動模塊。基本原理為：當有物體擋住發(fā)射管發(fā)射的光時，傳感器就會輸出一個低電平，沒有物體擋時輸出是高電平。 2.2.2 單片機計數(shù)(j sh)模塊圖2.2.2 stm8單片機原理圖Stm8芯片(xn pin)特點： HYPERLINK /view/1366.htm t /_blank 內(nèi)核(ni h)：高級STM8內(nèi)核，具有3級流水線的 HYPERLINK /vie

15、w/368294.htm t /_blank 哈佛結構； HYPERLINK /view/1576505.htm t /_blank 擴展指令集。 HYPERLINK /view/421016.htm t /_blank 程序存儲器：8K字節(jié)Flash；10K 次擦寫后在55C環(huán)境下數(shù)據(jù)可保存20年；數(shù)據(jù) HYPERLINK /view/87697.htm t /_blank 存儲器：640 字節(jié)真正的數(shù)據(jù)；EEPROM：可達30萬次擦寫。RAM：1K字節(jié)。利用stm8單片機寫進程序，接收傳感器的輸出信號，進行計數(shù)，外接采集模塊和顯示模塊(LCD1602)。即PD1口接接收頭的輸出；PB口接液

16、晶的數(shù)據(jù)端D0D7；PC1、2、3分別接1602的RS，RW，EN端。當產(chǎn)品經(jīng)過遮擋光線時，接收頭會輸出一個5v高電平，觸發(fā)外部中斷進行技術，由1602顯示計數(shù)值。2.2.3 顯示(xinsh)模塊圖2.2.3 1602接口(ji ku)圖1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示(xinsh)字母、數(shù)字、符號等的 HYPERLINK /view/545607.htm t _blank 點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等 HYPERLINK /view/545607.htm t _blank 點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，

17、每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。第三章 仿真電路3.1 仿真(fn zhn)電路的建立圖3.1 產(chǎn)品計數(shù)器的仿真(fn zhn)電路在Multisim里用按鍵開關來模擬激光傳感器的工作，無遮擋時相當于按鍵閉合，有物體遮擋時相當于按鍵打開。由于multisim里沒有現(xiàn)成的stm8單片機，所以用51單片機代替stm8單片機，進行仿真，計數(shù)完后，通過液晶顯示出來。當需要顯示置零是可按清零按鍵或直接(zhji)復位單片機。3.2 仿真(fn zhn)結果分析 圖3.2 1602液晶顯示數(shù)值(shz)結果(ji gu)分析：通過按鍵產(chǎn)生中斷，單片機計數(shù)，使1602液晶顯示數(shù)值。按鍵的閉合

18、打開相當于產(chǎn)品通過了檢測系統(tǒng)，同時單片機接收到信號的變化，產(chǎn)生計數(shù)，經(jīng)驗證仿真與理論分析吻合。第四章 實驗(shyn)4.1 實驗(shyn)建立圖4.1.1 stm8單片機開發(fā)板圖4.1.2 接收及顯示(xinsh)電路圖4.1.3 發(fā)射(fsh)頭及供電按電路圖連接(linji)電路，通電后將激光(jgung)照射到接收頭處，lcd顯示prod_num = 0000正常工作，用移動的物體模擬產(chǎn)品，經(jīng)實驗驗證本設計的可用性。圖4.1.4 實驗結果顯示結果(ji gu)分析由要求(yoqi)知：產(chǎn)品之間的間隔在10cm到20cm之間，傳送帶的行進(xngjn)速度為2m/S，即兩個產(chǎn)品之間的時

19、間間隔為0.05s0.1s，由實驗驗證本設計可以實現(xiàn)這種情況下的計數(shù)功能。為了更準確的證明本設計的可用性，我們用10Hz和20Hz的方波來模擬傳送帶上的產(chǎn)品經(jīng)過，經(jīng)實驗證明可以正確顯示計數(shù)值。第五章 設計體會首先，通過這次產(chǎn)品計數(shù)器的設計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和團隊合作的能力，也深刻了解寫一篇課程設計的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在各個方面都有一個較大的提高！本次傳感器課程設計，主要是按照課題要求，運用所學的傳感器，電路，單片機等相關知識，進行分析、設計，并進行電路焊接、調試，實現(xiàn)相應功能。在設計電路初期，由于沒有設計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設計思想，卻不知道應該選哪個，經(jīng)過自己查找資料，我們的設計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。由于條件便利，我們先著手焊接實物，經(jīng)過一段時間的努力，在保證設計方案可行性的前提下，將電路焊接出來，再經(jīng)過一定的調試，最終實現(xiàn)基本要求和提高要求的全部功能，證實了方案的正確