教室人數(shù)自動計數(shù)裝置

目錄第1章緒論 11.1設計背景 11.2設計內容及解決問題 1第2章系統(tǒng)方案設計 2設計任務及要求 2系統(tǒng)設計思路 22.3光電傳感器簡介 22.4方案1設計 32.5方案2設計 32.6方案論證 42.7系統(tǒng)總體框圖及原理 4第3章硬件電路設計 53.1單片機最小系統(tǒng)設計 53.2鍵盤顯示模塊設計 53.3電源電路設計 63.4外部檢測設備設計 63.5顯示模塊設計 7第4章系統(tǒng)軟件設計 8第5章設計總結 13參考文獻 14附錄Ⅰ根本使用器件 15附錄Ⅱ芯片型號 16摘要近來在主要的大城市還有一些規(guī)模較大的學校中，人口流動量非常大，在一定程度上給生活帶來不便。本文主要介紹了教室人數(shù)自動計數(shù)裝置的工作原理，在對各種計數(shù)方法進行分析后提出了基于光電傳感器和單片機系統(tǒng)的計數(shù)測量控制裝置，并給出了智能計數(shù)器控制的硬件電路設計、軟件電路設計和系統(tǒng)程序流程圖。本文詳細分析了系統(tǒng)的組成及工作原理，給出了系統(tǒng)各個硬件、軟件的設計方法。該計數(shù)系統(tǒng)安裝方便，維護簡單，工作穩(wěn)定，運行可靠，對于學校、商場、會議室等人員流動很大的公共場所有很高的使用價值，方便對于人員流動的管理及配送、具有很高的使用價值和經(jīng)濟價值。關鍵詞：單片機；光電傳感器；智能計數(shù)器第1章緒論1.1設計背景在學校等人員流動較大的地方，如果對人數(shù)的變動沒有有效的管理和控制，那么對工作和學習的效率是有害的。如何對于人員流動進行實時的、有效的、精確的計數(shù)成為學校等場所十分關注的問題，因此設計一款實用有效的人數(shù)計數(shù)器是很必要的。電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器，至今已有30多年的開展歷史。早期設計師們追求的目標主要是擴展計數(shù)范圍，提高計數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是衡量一款計數(shù)器的主要指標。目前這些計數(shù)日趨完善，現(xiàn)代的應用技術可以讓計數(shù)器的范圍擴展到無限大。當今，單片機技術迅速開展，基于單片機技術開發(fā)的計數(shù)設備也廣泛應用到各個領域。單片機以體積小、功能強、可靠性高、性價比高等特點，已成為實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術進步和開發(fā)機電一體化智能測控產(chǎn)品的重要手段。如今的自動計數(shù)器大多采用非接觸式的計數(shù)觸發(fā)方式，早已開發(fā)出多種型號的專用檢測芯片，利用MCS51系列的單片機作為控制核心的計數(shù)器成為了計數(shù)應用領域的潮流。1.2設計內容及解決問題如何構成檢測電路、MCS51系列單片機用何種方式對外部計數(shù)脈沖進行計數(shù)顯示控制、LED顯示模塊的選擇、單片機的擴展、提高單片機抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第2章系統(tǒng)方案設計設計任務及要求設計可實現(xiàn)教室內人數(shù)自動計數(shù)、顯示的裝置。通過在教室門上安裝的檢測裝置檢測進出教室的人數(shù)，計算出教室內的實際人數(shù)，當按下顯示按鍵、數(shù)據(jù)通信按鍵和數(shù)據(jù)去除按鍵時，可分別實現(xiàn)人數(shù)的顯示、通信和數(shù)據(jù)去除，其中顯示應在教室外顯示，以便學生查詢。此外，裝置還設有上課/自習狀態(tài)按鍵和相應的指示裝置。系統(tǒng)設計思路由于教室前后門應用相同的設備，故只介紹其中一個；使用器件：光電傳感器2個，數(shù)碼管3個，AT89C51單片機一個，控制按鍵1組。設計思路：門上裝有兩個光電傳感器，并排架設，一前一后，假設傳感器1先有信號而傳感器2后有信號，那么表示有人進入教室；假設傳感器2先有信號而傳感器1后有信號，那么表示有人出了教室。傳感器信號經(jīng)過放大濾波傳給單片機，單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出信號，傳給8位數(shù)碼管，數(shù)碼管放在教室外面，方便學生查看。按鍵電路設置復位及清零，數(shù)碼管上還可以顯示上課、自習的狀態(tài)。設備利用CAN總線進行遠程通信，連接到控制中心。2.3光電傳感器簡介光電傳感器是利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為電信號。光電傳感器一般有光源，光電元件，轉換電路三局部組成。光電檢測法具有精度高、反響快、非接觸等特點，而且可測參數(shù)多，傳感器結構簡單，形式靈活多樣。紅外發(fā)光二極管是一種把電能轉換成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛的應用于計算機、儀器儀表的自動控制系統(tǒng)中。光電轉換局部與單片機的連接框圖如下：傳感器傳感器整形驅動計數(shù)脈沖89C51圖2.1觀點轉換局部與單片機得連接示意圖2.4方案1設計原理圖：檢測單元檢測單元MCS51控制單元LED顯示驅動LED顯示電源檢測、單片機保護掉電數(shù)據(jù)保護電源供電電路原理闡述：RT1072紅外檢測芯片形成計數(shù)脈沖以后送給控制單元AT89C51單片機，通過對它片內計數(shù)、顯示編程。PS7219是專用的LED顯示驅動芯片，可以同時驅動8個數(shù)碼管。X2504P是一塊具有電源電壓監(jiān)控、EEPROM和看門狗定時器電路三種功能于一體的芯片，它保證在電源接通、關斷、瞬間電源電壓不穩(wěn)的時候不會造成系統(tǒng)死機、數(shù)據(jù)誤寫或誤操作，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。方案2設計原理圖：紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射電路紅外接收電路MCS51顯示驅動LED顯示電源供電電路原理闡述：紅外發(fā)射電路和紅外接收電路構成紅外檢測單元以及形成計數(shù)脈沖、經(jīng)過AT89C51外部中斷對其片內計數(shù)、顯示編程、最后通過顯示驅動芯片連接上LED顯示器就完成最后的顯示。方案論證方案1即可完美的實現(xiàn)人數(shù)的計數(shù)功能，并且能讓系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和抗干擾時通過外圍專用芯片得到非常好的解決，外圍電路架設相對簡單，在市場上屬于高端自動計數(shù)產(chǎn)品。同時它也暴露出一個重大問題：由于本錢太貴的原因此類產(chǎn)品沒有得到普及，如果用此方案進行設計只需要了解各專用芯片的引腳功能以及外圍連接方法就可以實現(xiàn)自動計數(shù)。方案2是這次設計所選用的最終方案，之所以選用是因為這個方案能夠到達精確、穩(wěn)定的自動計數(shù)。但也有致命缺點，就是整個系統(tǒng)抗干擾能力較弱，系統(tǒng)掉電以后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)下容易出現(xiàn)誤操作或者死機，這也是此次設計著重解決的課題。系統(tǒng)總體框圖及原理根據(jù)方案2進行了局部的修改，以到達穩(wěn)定系統(tǒng)的目的，具體框圖如下：信號調理信號調理波形變換單片機存儲電路LED顯示鍵盤模塊光電傳感器原理闡述：本電路的指導思想是利用類似紅外發(fā)光管的光電傳感器檢測人員進出，接收器接收到信號，并將其放大、整流形成高電平信號。當人或物品擋住紅外光時，接收器沒有接收到信號，放大器輸出低電平信號。這個便是外部計數(shù)脈沖信號。這個脈沖信號送到AT89C51單片機中進行計數(shù)控制，完成顯示。

第3章硬件電路設計3.1單片機最小系統(tǒng)設計圖3.1單片機最小系統(tǒng)鍵盤顯示模塊設計圖3.2鍵盤顯示模塊上圖為鍵盤電路圖，按鍵功能分別為：K0鍵：復位清零；K1鍵：顯示上課\自習狀態(tài)；K2鍵：顯示計數(shù)脈沖數(shù)；此按鍵電路為低電平有效，當無按鍵按下的時候，單片機輸入引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均為高電平。當其中任何一個按鍵按下的時候，其對應的端口變?yōu)榈碗娖?。電源電路設計電源電路示意圖如下：圖3.3電源電路外部檢測設備設計這個局部主要是由NE555組成的紅外發(fā)射電路和LM567構成的紅外接收電路組成。工作原理為當紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光，檢測是否有人或者物品遮擋，然后由紅外接收二極管將調制信號通過鎖相環(huán)鑒頻后輸出CP計數(shù)脈沖以便單片機進行計數(shù)控制。紅外線發(fā)射電路如下列圖：圖3.4.1紅外線發(fā)射電路紅外線接收電路如下列圖：圖3.4.2紅外線接收電路顯示模塊設計顯示局部由單片機AT89C51控制完成。顯示驅動由74HC241完成。示意圖如下：圖3.5顯示電路

第4章系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)流程圖：開始開始初始化人員檢測模塊人員計數(shù)模塊有鍵按下鍵效勞上課/自習指示清零NY顯示系統(tǒng)程序設計：**************************************CPUAT89CXTAL12M**************************************#include<AT89X51.H>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint**************************************bittime_10ms_ok=0,time_50ms_ok=0;//定義時間標識uchartime_counter1;//軟件時間計數(shù)器ucharbuff[3];//顯示緩沖區(qū)ucharcodenumber[10]="0123456789";//顯示字符/******************************************按鍵讀取子程序，四個按鍵依次返回1，2，3，4******************************************/ucharread_key(void){staticucharkey_state;ucharkey_press,key_return=0;key_press=P3&0xf0;//讀取按鍵I/O口switch(key_state)//判斷按鍵狀態(tài){case0://狀態(tài)0if(key_press!=0xf0)//不等，表示有鍵按下key_state=1;//狀態(tài)置1break;case1:if(key_press!=0xf0)//確實不等，判斷是哪個鍵按下{switch(key_press){case0xe0://00001110第一個按下key_return=1;break;case0xd0://00001101第二個按下key_return=2;break;case0xb0://00001011第三個按下key_return=3;break;case0x70://00000111第四個按下key_return=4;break;}key_state=2;//狀態(tài)置2}else//否那么是抖動，狀態(tài)置0key_state=0;break;case2://狀態(tài)2，等待按鍵釋放if(key_press==0xf)key_state=0;break;}returnkey_return;}********************************************************************LCD顯示子函數(shù)，顯示之前需要將要顯示的數(shù)按個，十，百依次放入顯示緩沖區(qū)*********************************************************************voiddisplay(ucharadd,uchardat){uchari;for(i=0;i<3;i++)//將要顯示的數(shù)分解送顯示緩沖區(qū){buff[2-i]=dat%10;dat=dat/10;}write_lcd_cmd(add);//顯示在lcd上for(i=0;i<3;i++){write_lcd_dat(number[buff[i]]);}}/*********主函數(shù)**********/voidmain(void){ucharup_limit_in=20,low_limit_in=5;//定義進出門人數(shù)要設置的上下限ucharup_limit_out=20,low_limit_out=5;ucharnumber_in,number_out;//定義進出門人數(shù)ucharkey_input;ucharset_state=0;//定義設置鍵狀態(tài)(第四個鍵)uchari;********************************************************************CAN總線通信模塊*********************************************************************#include"CAN_TOUWENJIAN.h"http://包含相關存放器定//初始化SJA1000主控制器子函數(shù)voidInit_CAN(void){MODE=0x01;CDR=0x88;IER=0x0D;AMR=0xFF;ACR=0x00;BTR0=0x05;BTR1=0xFF;OCR=0xAA;TXERR=0x00;Reg_LINSHI=ECC;MODE=0x09;}//主程序voidcan(void){SCON=0x50;PCON=0x00;TMOD=0x21;TL1=0xfd;TH1=0xfd;TR1=1;EA=1;ES=1;Init_CAN();while(1){TX_DATA_CAN();//發(fā)送子程序REC_DATA_CAN();//接收子程序SERIAL();//串行通信子程序}

第5章設計總結本次設計選用AT89C51單片機作為控制核心，利用數(shù)碼管來顯示人數(shù)，利用CAN總線進行遠程數(shù)據(jù)通信，從分利用所學的智能儀器的知識，使本系統(tǒng)成功的對教室人數(shù)進行計數(shù)，具有良好的實用性和經(jīng)濟性，為學校更方便的進行學生人數(shù)的管理提供了很好的幫助。整個系統(tǒng)結構簡單，操作方便、靈活，經(jīng)濟性好、維護方便，具有良好的使用價值和市場經(jīng)濟價值。本次設計的系統(tǒng)仍然有缺乏之處，比方在掉電的時候無法對數(shù)據(jù)進行保護，如果學校在晚上進行人員清點的時候，系統(tǒng)再次上電那么沒有了數(shù)據(jù)，如果學校經(jīng)濟允許，可以采用方案論證中的第一種方案，在掉電的時候可以對數(shù)據(jù)進行保護；本系統(tǒng)使用的單片機只是入門級產(chǎn)品，整個51系列在市面上已經(jīng)極少流通，取而代之的是更小型、更方便、功能更豐富的單片機。假設使用新型的、更優(yōu)秀的單片機，系統(tǒng)的性能必然會上升一個臺階；由于教室有兩個門，兩個門上的兩套系統(tǒng)要進行實時的顯示和互動，兩套系統(tǒng)之間的聯(lián)系也要非常密切，