光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

1、目 錄1引言22 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22.1基本內(nèi)容222提高要求23 光電計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)33.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.11各模塊組成43.1.2系統(tǒng)總電路圖73.2軟件程序設(shè)計(jì)84結(jié)束語(yǔ)11參考文獻(xiàn)11光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)*，物理與電子信息學(xué)院摘 要：本系統(tǒng)采用的是以單片機(jī)at89c52為核心的自動(dòng)計(jì)數(shù)器。將紅外發(fā)光管與光電接收管相對(duì)放置，每當(dāng)物體通過一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個(gè)變化的電壓信號(hào)通過放大和處理后，輸入至單片機(jī)at89c52的p3.2口，通過軟件控制并以led加以顯示，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。本計(jì)數(shù)器可將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用led數(shù)碼管顯示，可適用

2、于諸多行業(yè)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)觸發(fā)，光電式傳感器the design of photoelectric counter*，college of physics and electronic informationabstract：the system uses the microcontroller is at89c52 as the core of the automatic counters.by the infrared luminescence tubes and optoelectronics receiving tube relative position,whenever

3、objects through time, optoelectronics receiving pipe output voltage has a time change,this change voltage signal by amplifying and processed input to at89c52 mcu p3.2 mouth,through software control andled to display,can realize to the object counting statistics. this counter can or mechanical artifi

4、cially count way into electronic counted,and using led digital pipe display,can be applied to many professions,to meet modem production and lifestyle needs.key words：automatic counters, counting trigger, photoelectric sensor1 引言21世紀(jì)是信息時(shí)代，獲取信息，處理信息，運(yùn)用信息。傳感與檢測(cè)技術(shù)的重要性在于它是獲得信息并對(duì)信息進(jìn)行必要處理的基礎(chǔ)技術(shù)，是獲取信息和處理加工信息

5、的手段，無法獲取信息則無法運(yùn)用信息。傳感與檢測(cè)技術(shù)是一門知識(shí)面廣、綜合程度高、實(shí)用性很強(qiáng)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(jié)構(gòu)與感測(cè)原理，傳感器是一個(gè)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(yīng)不同的被測(cè)信號(hào)呈現(xiàn)的特性也有所不同。尤其當(dāng)被測(cè)信號(hào)為靜態(tài)信號(hào)時(shí)兩種狀態(tài)下，傳感器的輸入-輸出特性完全不同。在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對(duì)隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量或?yàn)橛?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。而數(shù)字式電子計(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。數(shù)字式電子計(jì)數(shù)器有多種計(jì)數(shù)觸發(fā)方式，它是由實(shí)際使用條件和環(huán)境決定的，

6、通常分為接觸式計(jì)數(shù)器和非接觸式計(jì)數(shù)器兩種。本次設(shè)計(jì)的光電計(jì)數(shù)器為非接觸式計(jì)數(shù)器中的一種。光電式傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器。它的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。這類效應(yīng)大致可分為三類。第一類是外光電效應(yīng)，即在光照射下，能使電子逸出物體表面。利用這種效應(yīng)所做成的器件有真空光電管、光電倍增管等。第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，即在光線照射下，能使物質(zhì)的電阻率改變。這類器件包括各類半導(dǎo)體光敏電阻。第三類是光生伏特效應(yīng)，即在光線作用下，物體內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，此電動(dòng)勢(shì)稱為光生電動(dòng)勢(shì)。這類器件包括光電池、光電晶體管等。光電效應(yīng)都是利用光電元件受光照后，電特性發(fā)生變化。敏感的光波長(zhǎng)是在可見光附近，包括紅外波長(zhǎng)和紫外波

7、長(zhǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)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(jì)數(shù)器，多功能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品的響應(yīng)度較高，交直、流電兩用、耗能低、價(jià)格低、無機(jī)械碰撞、無磨損、使用壽命長(zhǎng)，既可計(jì)數(shù)，又可計(jì)算。例如在毛衣編織機(jī)上運(yùn)用，除可計(jì)數(shù)和計(jì)算外，還可實(shí)現(xiàn)斷線報(bào)警。通用計(jì)數(shù)器不僅可測(cè)頻率、周期還可以測(cè)多周期平均、時(shí)間間隔、頻率比和累計(jì)等。系列化微波計(jì)數(shù)器是電子計(jì)數(shù)器發(fā)展的一個(gè)重要方面。由于有光電計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)理念，因此有了光電計(jì)數(shù)的發(fā)展。在市場(chǎng)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)需求增長(zhǎng)有所減緩的現(xiàn)狀下，產(chǎn)能擴(kuò)張的勢(shì)頭并沒有得到較好的控制。產(chǎn)能過剩、重復(fù)建設(shè)不僅導(dǎo)致生產(chǎn)與消費(fèi)的失衡，而且還引發(fā)了電子計(jì)數(shù)器行業(yè)內(nèi)的一系列惡性價(jià)格

8、競(jìng)爭(zhēng)，影響了電子計(jì)數(shù)器行業(yè)業(yè)的盈利能力。由于當(dāng)前電子計(jì)數(shù)器行業(yè)效益下滑，所以對(duì)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)企業(yè)授信更要慎重。必須關(guān)注電子計(jì)數(shù)器行業(yè)子行業(yè)，關(guān)注電子計(jì)數(shù)器行業(yè)上下游企業(yè)，優(yōu)化客戶結(jié)構(gòu)，針對(duì)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)行業(yè)需求進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1基本內(nèi)容本次設(shè)計(jì)光電計(jì)數(shù)器，使用紅外發(fā)光二極管、紅外接收管，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。2.2提高要求1) 發(fā)光器件和光接收器之間的距離大于lm2) 有抗干擾技術(shù)，防止背景光和瓶子抖動(dòng)產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差3) 每計(jì)數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下3 光電計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)檢測(cè)部分使用紅外對(duì)管：發(fā)射管和接收管。當(dāng)物體穿過光路時(shí)，接收頭輸出為高電平，反之則為

9、低電平，接收頭的電平信號(hào)經(jīng)由一電壓比較器反相后送入cpu。接單片機(jī)p3.2口，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)后所得的數(shù)據(jù)送給led顯示。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。生產(chǎn)流水線89c51單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)數(shù)顯示紅外線接收器紅外線發(fā)射器圖3.1 系統(tǒng)電路原理圖本系統(tǒng)的硬件電路由光電轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)顯示組成。3.1.1光電轉(zhuǎn)換圖3.2 光電轉(zhuǎn)換電路紅外對(duì)管和r1，r2組成的光電檢測(cè)電路，負(fù)責(zé)把被檢測(cè)的數(shù)量轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號(hào)。工作時(shí)紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外光線投射到光敏三極管上，光敏三極管導(dǎo)通，集電極輸出低電平；當(dāng)紅外光線被檢測(cè)物遮斷時(shí)，光敏三極管截止，集電極輸出高電平。遮斷一次輸出一個(gè)脈沖，因此脈沖的個(gè)數(shù)

10、就是被檢測(cè)物的數(shù)量。 紅外對(duì)管中紅外發(fā)光管的正向電流為50ma，在環(huán)境溫度為25c時(shí)，它的最大耗散功率100mw，正向壓降1.5v。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，允許的正向工作電流還要減小。為了留有一定的欲量，取它的工作電流為20ma。則r1=175 取r1=200，其中5v是電源電壓，1.5v是紅外發(fā)光管的正向壓降。根據(jù)紅外對(duì)管的計(jì)數(shù)手冊(cè)可知：使紅外發(fā)光管的正向電流為20ma,當(dāng)有遮擋時(shí)，光敏三極管iceo=100na；無遮擋時(shí)，光敏三極管的ic=0.7ma.為了使光敏三極管能工作在開關(guān)狀態(tài)，則r2=6.7k取r2=10k，其中5v是電源電壓，0.4v是光敏三極管的飽和壓降。紅外對(duì)管的輸出脈沖信號(hào)加到一

11、個(gè)遲滯比較器（或者稱作施密特觸發(fā)器）。它有兩個(gè)門限電壓，分別稱作上門限電壓v1和下門限電壓v2，兩者的差值稱為門限寬度獲遲滯寬度，即：v=v1-v2假設(shè)比較器輸出高電平v3，則v3和vcc共同加到同向輸入端的合成電壓：v=v3+vcc當(dāng)比較器輸出為低電平v4時(shí)，按同樣的分析求得加到同向輸入端的合成電壓為：v5=v4+vcc若vi有大減小的通過v5時(shí)，則vo由vo1上躍到vo2?？梢姡鲜剿镜膙5就是比較器的下門限電壓，即v2=v5.相應(yīng)的遲滯寬度為：v=v1-v2=（vo1-vo2）調(diào)節(jié)r1和r2,可以改變v.同時(shí)tw=2ln（1+）在實(shí)際應(yīng)用中，利用遲滯比較器可以有效的克服噪聲和干擾的影響

12、，利用遲滯比較器，只要噪聲和干擾的大小處在遲滯寬度內(nèi)，就不會(huì)引起錯(cuò)誤的階躍。因此，當(dāng)被測(cè)物每遮擋一次紅外對(duì)管時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出一個(gè)寬度為tw的脈沖，該脈沖送到計(jì)數(shù)器去計(jì)數(shù)和顯示。c4是濾波電容，可提高單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作穩(wěn)定性。3.1.2單片機(jī)系統(tǒng)此實(shí)驗(yàn)采用的是at89c2052單片機(jī)進(jìn)行控制計(jì)數(shù)。at89c52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是atmel公司生產(chǎn)的。at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)m

13、cs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 at89c52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，at89c52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(s系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 兼容mcs51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）flash rom 32個(gè)雙向i/o口 256x8bit內(nèi)部ram

14、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率0-24mhz 2個(gè)串行中斷 可編程uart串行通道 2個(gè)外部中斷源 共6個(gè)中斷源 2個(gè)讀寫中斷口線 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 at89c52p為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的c51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)ir的接收解碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，

15、外接12mhz 晶振。rst/vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。vcc（40 腳）和vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負(fù)端。p0p3 為可編程通用i/o 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，p0 端口（3239 腳）被定義為n1 功能控制端口，分別與n1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為ir輸入端，10 腳和11腳定義為i2c總線控制端口，分別連接n1的sdas（18腳）和scls（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板cpu 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。圖3.3 at89c52

16、單片機(jī)引腳圖3.1.3顯示模塊：當(dāng)向p3.2口輸入低電平時(shí)，經(jīng)內(nèi)部程序運(yùn)算后進(jìn)行加法處理，其結(jié)果通過三個(gè)數(shù)碼管顯示出來。圖3.4 顯示電路3.1.4系統(tǒng)總電路圖圖3.5 系統(tǒng)總電路圖繪制好電路圖，進(jìn)行protues仿真。當(dāng)有物體通過時(shí)，光電轉(zhuǎn)換電路中的集電極輸出高電平。每通過一個(gè)物體形成一個(gè)脈沖，即計(jì)數(shù)一次，脈沖數(shù)即通過的物體數(shù)。計(jì)數(shù)后由led顯示。3.2軟件程序設(shè)計(jì)為了充分實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線工業(yè)檢測(cè)，在處理過程中采用中斷方式進(jìn)行計(jì)數(shù)。發(fā)射電路始終發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)傳送帶將物體送進(jìn)入口時(shí)，將信號(hào)擋住，即將紅外信號(hào)變?yōu)槊}沖信號(hào)，此時(shí)中斷響應(yīng)。計(jì)數(shù)器記錄進(jìn)料數(shù)量并設(shè)定時(shí)中斷為1ms，如果在進(jìn)口中有其他異物

17、通過時(shí)，它在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)不能長(zhǎng)期保持有效。因此，中斷不響應(yīng)，計(jì)數(shù)器不記錄異物通過，這樣可防止外界干擾。在光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)軟件可實(shí)現(xiàn)技術(shù)初始值為999，在生產(chǎn)流水線中有產(chǎn)品通過時(shí)，紅外線被阻斷，紅外接收器沒有收到發(fā)射器的紅外信號(hào)，輸出高電平 。將此信號(hào)送人到at89c2051單片機(jī)的p32口使單片機(jī)系統(tǒng)開始工作。由軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)值加一，并且每計(jì)數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下。根據(jù)光電技術(shù)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的工作流程圖如下圖所示：yn初始化開始n=0紅外信號(hào)阻斷n=n+1n為100的倍數(shù)時(shí)燈閃爍2syn圖3.6 系統(tǒng)流程圖總程序如下：first equ 21h ;定義個(gè)位 second

18、equ 22h ;定義十位 third equ 23h ;定義百位 org 0000h ;程序從0地址開始 ljmp start ;跳到strat處執(zhí)行org 0003h ;int0中斷向量 ljmp int_0 ;跳至int_0處執(zhí)行mov r4,#100start: setb ea ;開中斷 setb it0 ;中斷0允許p3.2口 setb ex0 ;負(fù)跳變觸發(fā)clear: ;初始化顯示0000 mov first,#0mov second,#0mov third,#0show: ;顯示子程序 mov dptr,#tab;dptr指向編碼表位置 mov a,first ;將first的內(nèi)

19、容復(fù)制到acc movc a,a+dptr ;根據(jù)acc的值取出編碼表中的編碼 mov p0,a ;由p0口輸出acc的內(nèi)容 clr p2.3 ;置位p2.3 lcall delay ;調(diào)用延時(shí)子程序 setb p2.3 ;清零p2.3 /*顯示個(gè)位*/ mov dptr,#tab ;dptr指向編碼表位置 mov a,second ;將second的內(nèi)容復(fù)制到acc movc a,a+dptr ;根據(jù)acc的值取出編碼表中的編碼 mov p0,a ;由p0口輸出acc的內(nèi)容 clr p2.2 ;置位p2.2 lcall delay ;調(diào)用延時(shí)子程序 setb p2.2 ;清零p2.2/*顯示

20、十位*/ mov dptr,#tab ;dptr指向編碼表位置 mov a,third ;將third的內(nèi)容復(fù)制到acc movc a,a+dptr ;根據(jù)acc的值取出編碼表中的編碼 mov p0,a ;由p0口輸出acc的內(nèi)容 clr p2.1 ;置位p2.1 lcall delay ;調(diào)用延時(shí)子程序 setb p2.1 ;清零p2.1/*顯示百位*/;mov dptr,#tab ;dptr指向編碼表位置 mov p0,a ;由p0口輸出acc的內(nèi)容 ljmp show ;調(diào)用顯示子程序int_0: ;中斷子程序 clr ea inc first ;first的內(nèi)容加1 mov a,fir

21、st ;將first的內(nèi)容復(fù)制到acc cjne a,#10,exit ;如果a不等于10，則跳至l1處執(zhí)行 mov first,#00h ;將0復(fù)制到first inc second ;將second的內(nèi)容加1 mov a,second ;將second的內(nèi)容復(fù)制到acc cjne a,#10,exit ;如果a不等于10，則跳至l2處執(zhí)行 mov second,#00h;將0復(fù)制到second inc third ;將third的內(nèi)容加1shan2s: clr p2.6 lcall delay setb p2.6 lcall delay djnz r4,shan2sexit: ;跳出中斷子程序 setb ea reti ;返回主程序delay: mov r6, #20 d1: mov