基于單片機的光電計數(shù)器課程設(shè)計

1、 計 控 學 院College of computer and control engineering Qiqihar university電氣工程課程設(shè)計報告題目：基于單片機的光電計數(shù)器系 別 電 氣 工 程 系 專業(yè)班級 電氣123班 學生姓名 宋愷 學 號 2012024073 指導(dǎo)教師 李艷東 提交日期 2015年6月 24日 成 績 歡迎下載摘 要光電計數(shù)器是利用光電元件制成的自動計數(shù)裝置。其工作原理是從光源發(fā)出的一束平行光照射在光電元件(如光電管、光敏電阻等)上，每當這束光被遮擋一次時，光電元件的工作狀態(tài)就改變一次，通過放大器可使計數(shù)器記下被遮擋的次數(shù)。光電計數(shù)器的應(yīng)用范圍非常廣泛

2、，常用于記錄成品數(shù)量，例如繞線機線圈匝數(shù)的檢測、點鈔機紙幣張數(shù)的檢測、復(fù)印機紙張數(shù)量的檢測，或展覽會參觀者人數(shù)。光電計數(shù)器與機械計數(shù)器相比，具有可靠性高、體積小、技術(shù)頻率高、能和計算機鏈接實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。本文即介紹基于MCS-51單片機的光電技術(shù)器。關(guān)鍵詞：單片機；光電計數(shù)器；數(shù)碼顯示；自動報警目 錄1 設(shè)計目的及意義12 設(shè)計內(nèi)容12.1 系統(tǒng)整體設(shè)計12.1.1 實驗方案12.1.2 光電計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖2圖1 光電計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖22.2系統(tǒng)硬件設(shè)計22.2.1穩(wěn)壓直流電源電路22.2.2發(fā)射接收電路32.2.3顯示電路32.2.4報警電路42.2.5硬件系統(tǒng)42.3系統(tǒng)軟件設(shè)計63 結(jié)

3、論74 參考文獻81 設(shè)計目的及意義設(shè)計要求：(1) 實現(xiàn)099999范圍內(nèi)計數(shù)，能在超出最大值后溢出報警；(2) 通過LED顯示數(shù)據(jù)；(3) 要求使用光電傳感器檢測；(4) 能在設(shè)定值報警，在報警后延時3s自動關(guān)閉報警并自動重新計數(shù)；可以手動清除報警；(5) 有抗干擾技術(shù)，防止背景光或物件抖動時產(chǎn)生誤計數(shù)；通過本次基于單片機的光電計數(shù)器課程設(shè)計，使我能夠?qū)⒃谡n堂上學習到的單片機理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能進一步加深對電子電路、電子元器件、印制電路板等知識的認識與理解，同時在軟件編程、排錯調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。為今后能夠獨立進行某些單片機應(yīng)用

4、系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計工作打下一定的基礎(chǔ)。2 設(shè)計內(nèi)容2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計2.1.1 實驗方案本系統(tǒng)采用的是以單片機AT89C51為核心的自動計數(shù)器。采用光電式傳感器，每當物體通過一次，紅外光就被物體反射，光電接收管接收一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數(shù)脈沖，通過光電隔離耦合并行輸入至AT89C51單片機的P2.0口，通過軟件控制和鍵盤設(shè)定計數(shù)值并用 LCD1602 顯示屏加以顯示，便可實現(xiàn)對物體的計數(shù)統(tǒng)計，這樣就得到要統(tǒng)計的人或物的數(shù)量。利用AT89C51單片機來制作一個光電計數(shù)器，在AT89C51單片機的P2.1、P2.2和P2.3管腳分別接一個

5、輕觸開關(guān)（按鍵），作為計數(shù)器數(shù)字位數(shù)的增加、減少和設(shè)置 ；在AT89C51單片機的P2.0管腳接一個光電式傳感器，作為光電計數(shù)器的接受和發(fā)送部分 ；用單片機的P3.0P7.7和P1.5P1.7接LCD1602顯示屏，作為099999計數(shù)顯示。 2.1.2 光電計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 顯示電路單片機AT89C51最小系統(tǒng)報警電路發(fā)射接收電路電源電路圖1 光電計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計整個光電計數(shù)器系統(tǒng)主要由電源部分、光電發(fā)射與接收電路、計數(shù)電路、報警電路這幾個部分組成。當有物體經(jīng)過時，光電式傳感器中紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外信號被物體反射至光電接收管，光電發(fā)射與接收電路把被計數(shù)的物體的變化轉(zhuǎn)換成電平

6、信號，通過電平信號的變化，計數(shù)器就計數(shù)一次。當達到設(shè)定的報警值時，報警電路發(fā)出報警，并且能在報警后延時 3 秒鐘自動關(guān)閉報警并自動重新計數(shù)同時可以手動清除報警，能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸計數(shù)。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。2.2.1穩(wěn)壓直流電源電路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)四個整流二極管（D1 D4）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直流電源供紅外發(fā)射、接收電路、AT89C51 等供電。本設(shè)計是將穩(wěn)壓直流電源做成一個單獨的模塊，電源模塊將為AT89C51

7、單片機、傳感器等提供5V直流電源 ，電源模塊如圖2所示。圖2 電源模塊2.2.2發(fā)射接收電路本設(shè)計使用的光電接受部分是紅外光電式傳感器，它是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。首先，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步講光信號轉(zhuǎn)換成電信號，光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成，其中光電傳感器是型號為E18-B03N1封裝的紅外反射傳感器。紅外傳感器沒有檢測到外部信號時處于高電平狀態(tài)，當檢測到外部物體時有由高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，通過與單片機P2.0口接收檢測的高低電平變化。2.2.3顯示電路本設(shè)計采用LCD1602來進行數(shù)據(jù)的顯示，如圖3所示。顯示部分主要是顯

8、示在線實時檢測到所測人或物的數(shù)目，LCD1602 也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。圖3 LCD1602顯示部分電路2.2.4報警電路本設(shè)計中報警器采用蜂鳴器，只需要采用三極管驅(qū)動即可，由于蜂鳴器工作狀況與 LED 相似，必須有限流電阻存在。HOLD 輸出端為鎖定信號，用于鎖定計數(shù)器，處于鎖定狀態(tài)時，按下復(fù)位電路的復(fù)位鍵后，解除報警，計數(shù)器重新開始計數(shù)。2.2.5硬件系統(tǒng)對應(yīng)于光電計數(shù)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，相應(yīng)得到系統(tǒng)硬件設(shè)計的電路原理圖，電路原理圖主要包括五個部分：AT89C51單片機的最小系統(tǒng)、穩(wěn)壓直流電源電路、發(fā)射接收電路、顯示部分電路、報警電路，

9、光電計數(shù)器原理圖如圖4所示。圖4 光電計數(shù)器原理圖根據(jù)光電計數(shù)器的設(shè)計電路，如圖5所示，該PCB板為單面板，大小尺寸為90mmx80mm，其中普通電容和電阻均為0805封裝的貼片元件，晶振為12MHz。圖5 硬件PCB板2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)光電計數(shù)器的設(shè)計要求，光電計數(shù)器首先要初始化，給光電計數(shù)器設(shè)定光電計數(shù)器需要計數(shù)的大小范圍（0-99999），然后在應(yīng)用光電計數(shù)器中的光電傳感器來檢測高低電平的變化（高電平變化到低電平），通過單片機處理后開始計數(shù)，當計數(shù)大小達到開始設(shè)定的設(shè)定值，報警電路發(fā)出報警信號。軟件流程圖如圖6 所示。開始初始化光電傳感電路模塊紅外接收？NYAT89C51單片機初始化開始計數(shù)LED顯示計數(shù)至預(yù)設(shè)值？N報警電路Y結(jié)束圖6 軟件流程圖3 結(jié)論本設(shè)計全部采用常用的小規(guī)模集成電路，電路結(jié)構(gòu)簡單可靠，能夠提供準確的統(tǒng)計值，成本低廉。電路采用模塊化設(shè)計，因此具有較高的二次開發(fā)性，本文所設(shè)計的計數(shù)器抗干擾性好，可靠性高，可用于測量商場，電影院，博物館，展覽、車站、碼頭、銀行等公共場合的人員數(shù)量及人員流通數(shù)量，同時絲毫不會侵犯被測人員的個人隱私。該產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，常用于測量流水線上產(chǎn)品的數(shù)量，以及可檢查產(chǎn)