候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 單片機原理及應(yīng)用 課程設(shè)計報告 題 目： 專 業(yè)： 班 級: 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師: 完成日期： 摘要: 本設(shè)計是設(shè)計一款基于單片機的候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計，其中的單片機是 候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計的核心，用于接收處理人數(shù)檢測信號，通過兩對紅外對 管掃瞄，模擬實現(xiàn)對人數(shù)的多少進行計算、在傳遞到單片機內(nèi)部的控制，再有單片 機輸出有七段數(shù)碼管顯示。此系統(tǒng)具有無線控制與手動控制兩種方式，以保證一種 控制方式出現(xiàn)問題，可以及時使用另一種控制方式對單片機進行控制。本報告簡要 介紹了基于單片機技術(shù)的候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計原理，

2、并根據(jù)系統(tǒng)的基本原理 制作出了實物模型。本控制系統(tǒng)主要由以下兒個模塊組成：紅外掃描模塊、信號接 收模塊、單片機控制模塊。紅外掃描控制信息轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C可以識別的二進制代碼, 通過與單片機內(nèi)部的程序配合實現(xiàn)對候車大廳人數(shù)的檢測；單片機控制模塊的核心 組成元件是AT89c51芯片，配以單片機的最小系統(tǒng)電路，作為人數(shù)檢測系統(tǒng)的總的 控制模塊。紅外對射識別系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)由安裝在間隔為L的兩套紅外收發(fā)電路 和可逆計數(shù)器及判斷執(zhí)行電路等組成，對射光線選擇在人員出入必須經(jīng)過的地方。 如果沒有人員出入，對射光線沒有被遮擋時，接收電路輸出高電平；而當(dāng)有人員等 物體通過時，光線被遮擋，接收電路就輸出低電平。從兩路

3、檢測脈沖的先后順序， 可以判斷出人員運動方向；再由檢測脈沖的個數(shù)，可以計算進出的人數(shù)。進入時計 數(shù)器加1,外出時計數(shù)器減1,通過累計就可以計算出室內(nèi)人員的數(shù)量。這就是紅 外對射式人數(shù)識別系統(tǒng)的基本原則。系統(tǒng)組成紅外對射式人數(shù)識別系統(tǒng)的組成不管 采用的是純硬件電路還是單片機電路，其基本組成方式是完全相同的，只不過可逆 計數(shù)器和判斷執(zhí)行電路部分，是由硬件完成還是由軟件來完成的而已。 此外系統(tǒng)可以實現(xiàn)候車大廳人數(shù)上限顯示。 關(guān)鍵詞：單片機技術(shù)；紅外對管掃描；七段數(shù)碼管；單片機最小系統(tǒng)。 目錄 1、前言4 背景與意義4 課題設(shè)計要求4 4 3.核心器件簡介 5、6 5 74HC573鎖存器簡介 6 4

4、硬件設(shè)計 6、7 紅外掃描電路 7 蜂鳴器報警電路 8 原理圖及元件清單 9 10 1、12 1前言 產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對其線上的產(chǎn)品進行實時的、有效率的、精確的自動計數(shù)成 為廣大生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的機械式或電子式計數(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，而且 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 機為核心控制的計數(shù)器有著能夠?qū)崟r，精確，可靠，穩(wěn)定等計數(shù)優(yōu)點己成為廣大廠 家的首選白動計數(shù)的裝置。 背景與意義 候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)到目前為止己有很多年的發(fā)展史。目前候年大廳人數(shù)檢 測系統(tǒng)基本技術(shù)日臻完

5、善，成熟.應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將這功能實現(xiàn)的很好。 當(dāng)今，單片微型計算機技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛 應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進了生產(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技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程 技術(shù)人才.單片機以體積小、功能強、可靠性高、性能價格比高等特點，已成為實 現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步和開發(fā)機電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。已經(jīng)實現(xiàn)或 者部分實現(xiàn)，但要真正完美的實現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計者來說，還有許多工作要做, 而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了 候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)是一種多功能的人數(shù)檢測 儀器。它利用電子學(xué)的方法測

6、出一定范圍內(nèi)總體數(shù)目，并將結(jié)果以數(shù)字形式顯示出 來。 課題設(shè)計要求 本設(shè)計主要任務(wù)是以單片機為主控芯片來進行軟件控制，能正常人數(shù)統(tǒng)計。 主要技術(shù)要求： 設(shè)計要求：1、能夠統(tǒng)計進入候車廳的人數(shù)(除去從出站口走出的)，并顯示出 來； 2、能夠用鍵盤設(shè)定候車大廳能容納人數(shù)的上限； 3、人數(shù)超過上限報警。 2系統(tǒng)總體設(shè)計方案： 圖1、接收電路輸出波形圖從接收電路輸出波形可以看出，當(dāng)有人員進入時，先擋 住光線a,再擋住光線b。因此，A路先輸出低電平檢測脈沖，B路后輸出檢測脈沖, 兩者之間的時間差T與兩束光線之間的距離成正比，與人員運動的速度成反比，還 與整個檢測系統(tǒng)的時延差有關(guān)。即：T二L/V+X(1)

7、式 中：T為兩路之間的時間差L為兩路光線之間的距離V為人員運動速度 信號陽 At 紅外發(fā)射d 電路 紅外發(fā)射* 電 路 接收電路d Lt 信號Bp 光線屏 接收電路屮 可 逆 計 數(shù) 器， 判斷執(zhí)行電跖 3、核心器件簡介 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH儲存器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀儲存器的單片機。單片機的可擦除只讀存 儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失

8、存儲器制造技術(shù)制造, 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存 儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它 的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉 的方案。 r k a ctxo 4 rw ro 4 TO d 4 QQ Q-2-H4如 果是你自己來實現(xiàn)這個邏輯，類似的指令如下：MOVPO, A ;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù) 端口 CLR LE SETB LECLR LE ;上面三條指令完成LE的波形從0-1-0的變化 741s573跟74LS373邏輯上完全一樣，只不過是管腳定

9、義不一樣，數(shù)據(jù)輸入和輸出端 mna809 4、硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng): 51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一 般采用1030uF, 51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。 單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者，在正常工作的情況下可以釆用更高 頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率 越大處理速度越快。單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3 般采用1533pF,并且電容離晶振越近越好，晶 振離單片機越近越好 口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上 拉電阻，作為輸出口時不需外加上

10、拉電阻。 設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個 振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時 時間t。 設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由TO或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機 器周期的S5P2期間采樣TO、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一 周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1,更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1 期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被 采樣的電平至少要維持器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過 l/2MHz,即計數(shù)脈沖的周期要大于2 m

11、so RIO 1 1*1-4 S P13 B M2 P47 S P1OT POO Pl 1ZT PO1 P12 PO2 P1 3 P03 P14 FW PIS PO5 Pl 6 POO Pl 7 PO7 INTI INTO 5 3S POO 33 PO1 乂 POM * 、 仝邁 poM 沁PO7 ZP2 123 4507 8今 RESET Kg wk . XI X2 BX 52 01234567 2*z吆z2 2 22 IOCIO TXE aleT PSEN 21 P20 P71 71P2 TTP3 2 占 fp“ TCP2:S 2S P7 IO P3-0 T1 P3-1 30 1OK 圖3

12、-2單片機最小系統(tǒng)圖 51單片機的最小系統(tǒng)由單片機、晶振電路、復(fù)位電路和P0的上拉電阻組成。其 介紹如下: （1）晶振電路為單片機提供時序使單片機能夠正常工作，在圖3-1中采用單片 機內(nèi)部振蕩方式。此時，只要接上兩個電容和一個晶振即可。電容的大小影響 著振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇10、30pF的相等的兩個瓷片電容。 （2）C1和R2構(gòu)成了復(fù)位電路。剛開始上電時時，C1瞬間相當(dāng)于短路，C1兩端 保持0V電壓，VCC的電源電壓就都加在了 R2上，因此在單片機9腳RST上變成 了高電平，此后C1上逐漸充電，即在C1上出現(xiàn)電壓，R2上的電壓開始下降， 最后單片機9腳RST上變成了低電平。在此

13、過程中只要滿足單片機9腳RST上 的高電平持續(xù)24個振蕩周期即可使單片機復(fù)位。 、紅外線掃描器電路 紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接 收頭配合在一起使用時候的總稱。 紅外線在光譜中波長自 至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見 光線。紅外線接收管是在LED行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應(yīng)紅外線發(fā)射 管發(fā)出的紅外線光線的。一般情況下都是與紅外線發(fā)射管成套運用在產(chǎn)品設(shè)備當(dāng) 中。光敏接收管是一個具有光敏特征的PN結(jié)，屬于光敏三極管，具有單向?qū)щ娦? 因此工作時需加上反向電壓。 紅外線掃描器的作用：由一個100歐姆，20K歐姆，紅外對管組成，分別安裝在 大廳的

14、出入口的兩側(cè)，當(dāng)掃描到有人進是數(shù)碼管顯示加一，檢測到有人出大廳時減 O 計數(shù)、顯示部分 計數(shù)顯示部分由單片機AT89C51控制完成?；驹頌楫?dāng)紅外對管兩端檢測部 分檢測到有人經(jīng)過時，紅外接收電路LM567芯片的8腳輸出口將產(chǎn)生一個低電平信 號，這個信號將供給單片機進行計數(shù)控制；顯示部分是通七段數(shù)碼顯示管顯示。 4位共陰七段顯示數(shù)碼管。 LED引腳 蜂鳴器報警電路 蜂鳴器電路連接圖 蜂鳴器電路由一個電阻，三極管和蜂鳴器組成，起報警作用。 5、元器件清單 器件名稱 規(guī)格 數(shù)量 單片機 STC89C51 1 晶振 12MHz 1 瓷片電容 30pF 2 電阻 10K 1 按鍵 3 電容 10uF

15、1 電阻 若干 數(shù)碼管 4位共陰 1 三極管 8550 1 排針 若干 導(dǎo)線 若干 蜂鳴器 1 紅外對管 1 5、原理圖 7 0)01432 1 LZ T0-QXS0 3-cs- F0s/RDM F0S/RD3 F0*、AD4 F0Q/RDa FQe/rlD6 7、DD7 F30/RXD FSa/INTE gs/INT-!. FS 丈 T uint sudu=0; uchar time: uint num; sbit beep 二 P37; sbit keyl = P3 5; sbit key2 = P36; uchar dat 4 = 0, 1, 2, 3; uchar table10 =

16、OxcO, 0 xf9, 0 xa4, OxbO, 0 x99, 0 x92, 0 x82, 0 xf8, 0 x80, 0 x90; void delayms(unsigned int x) unsigned char j; while(x一一) for(j=0;j123;j+); void display () uchar i, dis=0 x7f; for(i=0;i4;i+) Pl=tabledati; PO二dis; dis=(disl) 10 x80; delayms(1); void process(uint i) dat0二num/10; datl=num%10; dat2=i

17、/10; dat31=i%10; void keyClear() if(keyl=0) delayms(10); if(keyl=0) count二0; while(!keyl) process(count); display (); ； void keySet () if (key2=0) delayms(10); if(key2=0) num+; while (!key2) process(count); display (); ； void BJ() if (count二num) beep=0; else beep=l; void main () ETO=1; ITO=1; EXO=1;

18、 EA=1; beep=l; num=10; while (1) keyClear (); keySet (); BJO; process(count); display (); void exO (void) interrupt 0 using 0 count丄+; 6 Proteus軟件仿真 在焊接完硬件電路并搭建好系統(tǒng)仿真模型后，就可以對系統(tǒng)進行部分和整體調(diào) 試了，系統(tǒng)進行整體調(diào)試的目的就是查找系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及軟件設(shè)計中的漏洞，及時彌 補過失，以使系統(tǒng)能夠正常高效運行。 在Proteus中的軟件仿真主要分為以下兒個步驟： 1）系統(tǒng)模型的搭建 在Proteus的元件庫中尋找所需要的核心芯片和外

19、圍設(shè)備元件，根據(jù)電路需 要搭建模型電路。如果在Proteus元件庫中沒有某一待定型號的元件則可以使 用其他具有相似功能的元件進行替代，例如在Proteus元件庫中沒有AT89c51 單片機，在程序設(shè)計以及元件參數(shù)設(shè)定時需要將這方面因素考慮進去。 2 ）程序的調(diào)試 任何與單片機有關(guān)的仿真都要求有其特定的系統(tǒng)程序，所以在仿真之前還要 編寫系統(tǒng)程序，編寫完成后，首先應(yīng)該對程序進行調(diào)試，可以使用Proteus自 身帶的調(diào)試功能，也可以使用其他軟件，比如Keil、Wave等，排除程序中的邏 輯錯誤就可以在Proteus仿真圖中進行軟硬聯(lián)調(diào)了。 3 ）系統(tǒng)仿真 在系統(tǒng)模型搭建成功且程序調(diào)試成功后，就可以使用Proteus軟件對單片機 系統(tǒng)進行仿真測試了。首先將調(diào)試軟件所生成的 HEX文件下載的仿真單片機中； 然后根據(jù)預(yù)先的約定進行單片機系統(tǒng)功能的驗證和調(diào)試，記錄參數(shù)；最后就是 調(diào)整階段了，找出單片機仿真時與預(yù)先