單片機課程設(shè)計論文教室人數(shù)自動計數(shù)裝置

1、目錄第 1 章 緒論.11.1 設(shè)計背景.11.2 設(shè)計內(nèi)容及解決問題.1第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計.22.1 設(shè)計任務(wù)及要求 .22.2 系統(tǒng)設(shè)計思路 .22.3 光電傳感器簡介.22.4 方案 1 設(shè)計.32.5 方案 2 設(shè)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(shè)計.53.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計.53.2 鍵盤顯示模塊設(shè)計.53.3 電源電路設(shè)計.63.4 外部檢測設(shè)備設(shè)計.63.5 顯示模塊設(shè)計.7第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.8第 5 章 設(shè)計總結(jié).13參考文獻(xiàn).14附錄 基本使用器件.15附錄 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

2、學(xué)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(jìn)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(shè)計、軟件電路設(shè)計和系統(tǒng)程序流程圖。本文詳細(xì)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(shè)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(xué)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(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機；光電傳感器；智能計數(shù)器第 1 章 緒論1.1 設(shè)計背景在學(xué)校等人員流動較大的地方，如果

3、對人數(shù)的變動沒有有效的管理和控制，那么對工作和學(xué)習(xí)的效率是有害的。如何對于人員流動進(jìn)行實時的、有效的、精確的計數(shù)成為學(xué)校等場所十分關(guān)注的問題，因此設(shè)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 多年的發(fā)展歷史。早期設(shè)計師們追求的目標(biāo)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(biāo)。目前這些計數(shù)日趨完善，現(xiàn)代的應(yīng)用技術(shù)可以讓計數(shù)器的范圍擴展到無限大。當(dāng)今，單片機技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備也廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)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(shù)進(jìn)步和開發(fā)機電一體化智能

4、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(yīng)用領(lǐng)域的潮流。1.2 設(shè)計內(nèi)容及解決問題如何構(gòu)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(jìn)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(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計可實現(xiàn)教室內(nèi)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(jìn)出教室的人數(shù)，計算出教室內(nèi)的實際人數(shù)，當(dāng)按下顯示按鍵、數(shù)據(jù)通信按鍵和數(shù)據(jù)清除按鍵時，可分別實現(xiàn)人數(shù)的顯示、通信和數(shù)據(jù)清

5、除，其中顯示應(yīng)在教室外顯示，以便學(xué)生查詢。此外，裝置還設(shè)有上課/自習(xí)狀態(tài)按鍵和相應(yīng)的指示裝置。2.2 系統(tǒng)設(shè)計思路由于教室前后門應(yīng)用相同的設(shè)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(shè)計思路：門上裝有兩個光電傳感器，并排架設(shè)，一前一后，若傳感器 1先有信號而傳感器 2 后有信號，則表示有人進(jìn)入教室；若傳感器 2 先有信號而傳感器 1 后有信號，則表示有人出了教室。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(xué)生查看。按鍵電路設(shè)置復(fù)位及清零，數(shù)碼管上還可以顯示上課

6、、自習(xí)的狀態(tài)。設(shè)備利用 can 總線進(jìn)行遠(yuǎn)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(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光電傳感器一般有光源，光電元件，轉(zhuǎn)換電路三部分組成。光電檢測法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等特點，而且可測參數(shù)多，傳感器結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。紅外發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)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(yīng)用于計算機、儀器儀表的自動控制系統(tǒng)中。光電轉(zhuǎn)換部分與單片機的連接框圖如下：傳感器整形驅(qū)動計數(shù)脈沖8

7、9c51圖 2.1 觀點轉(zhuǎn)換部分與單片機得連接示意圖2.4 方案 1 設(shè)計原理圖：檢測單元mcs51 控制單元led 顯示驅(qū)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(nèi)計數(shù)、顯示編程。ps7219 是專用的 led 顯示驅(qū)動芯片，可以同時驅(qū)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(guān)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。2.5 方案 2

8、設(shè)計原理圖：紅外發(fā)射電路紅外接收電路mcs51顯示驅(qū)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(gòu)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(nèi)計數(shù)、顯示編程、最后通過顯示驅(qū)動芯片連接上 led 顯示器就完成最后的顯示。2.6 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(shè)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：由于成本太貴的原因此類產(chǎn)品沒有得到普及，如果用此方案進(jìn)行設(shè)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

9、 是這次設(shè)計所選用的最終方案，之所以選用是因為這個方案能夠達(dá)到精確、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(shè)計著重解決的課題。2.7 系統(tǒng)總體框圖及原理根據(jù)方案 2 進(jìn)行了局部的修改，以達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)的目的，具體框圖如下：信號調(diào)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(dǎo)思想是利用類似紅外發(fā)光管的光電傳感器檢測人員進(jìn)出，接收器接收到信號，并將其放大、整流形成高電平信號。當(dāng)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

10、。這個脈沖信號送到 at89c51 單片機中進(jìn)行計數(shù)控制，完成顯示。第 3 章 硬件電路設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計123456abcd654321dcbatitlenu mberrevisio nsiz ebdate:8-jan-2 011 sh eet of file:c:do cuments and settingsaaa東東東東東東東東東東東東東東東東東東東東mydesign.dd bdrawn by:ea /vp31x119x218re set9rd17w r16in t012in t113t014t115p1 01p1 12p1 23p1 34p1 45p1 56p1 67p1

11、78p0 039p0 138p0 237p0 336p0 435p0 534p0 633p0 732p2 021p2 122p2 223p2 324p2 425p2 526p2 627p2 728ps en29al e/p30tx d11rx d10u1at 89c 51c230 pfc110 ufc330 pfr110 ks1y112 0mh zvc cvc c圖 3.1 單片機最小系統(tǒng)3.2 鍵盤顯示模塊設(shè)計123456abcd654321dcbatit lenu mberrevisio nsiz ebdate:18 -m ar-201 1sh eet of fil e:c:do cum

12、ents and setti ngsaaam y do cum ents 東東東東東東東東東東東東東東東東東東m ydes ign.dd bdrawn by:k2k3k4k1r45.1 kr35.1 kr25.1 kr15.1 kvc cp1 .0p1 .1p1 .2p1 .3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(fù)位清零；k1 鍵：顯示上課自習(xí)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(dāng)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(dāng)其中任何一個按鍵按下的時候，其對應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖健?.3 電源電路設(shè)計電

13、源電路示意圖如下：123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsiz ebdate:18-mar-2011sheet of file:c:documents and settingsaaamy documents東東東東東東東東東東東東東東東東東東mydesign.ddbdrawn by:d4d1d2d3t1tr ans 1+5vc210ufc110ufvin1gnd2vout3u?7805圖 3.3 電源電路3.4 外部檢測設(shè)備設(shè)計這個部分主要是由 ne555 組成的紅外發(fā)射電路和 lm567 構(gòu)成的紅外接收電路組成。工作原理為當(dāng)紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光，檢

14、測是否有人或者物品遮擋，然后由紅外接收二極管將調(diào)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(jìn)行計數(shù)控制。紅外線發(fā)射電路如下圖：123456abcd654321dcbatit lenu mberr evisio ns iz ebdate:4-j an-2 011 s h eet of f il e:c :do cum ents and s etti ngsaaa東東m ydes ign.dd bdrawn b y:c 210 ufc 150 00ufr 210 kr 110 0ktr ig2q3r4cvolt5th r6dis7vcc8gnd1u155 5d1le d+5 vr 318

15、 0k圖 3.4.1 紅外線發(fā)射電路紅外線接收電路如下圖：123456abcd654321dcbatitlenu mberrevisio nsiz ebdate:18 -mar-201 1sh eet of file:c:do cuments and settingsaaamy do cuments東東東東東東東東東東東東東東東東東東mydesign.dd bdrawn by:ou t8gn d7ct6rt5ofil1lfil2in3v+4u1lm 567q1npnc110 ufc31u fc210 ufc45u fr41kr112 0kr21mr315 kr510 kc510 000p fi

16、n put+5vd1ph oto圖 3.4.2 紅外線接收電路3.5 顯示模塊設(shè)計顯示部分由單片機 at89c51 控制完成。顯示驅(qū)動由 74hc241 完成。示意圖如下：123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsiz ebdate:8-jan-2011 sheet of file:c:documents and settingsaaa東東東東東東東東東東東東東東東東東東東東mydesign.ddbdrawn by:ea /vp31x119x218re set9rd17w r16in t012in t113t014t115p101p112p123p134p

17、145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728ps en29al e/p30tx d11rx d10u1at 89c 51y1120mh zc130pfc230pfp2.0p2.1p2.2p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.71a 121a 241a 361a 482a 1112a 2132a 3152a 4171y 1181y 2161y 3141y 4122y 192y 272y 352y 431g12g19u274hc2

18、41p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.7p1.8r1r4r5r3r2r7r8r6vc cabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp+5v9ds 01abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp+5v9ds 02abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp+5v9ds 03q1q2q3r31kr21kr11ks1vc cc110ufr110kp2.0p2.1p2.2vc c圖 3.5 顯示電路第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)流程圖：開始初始化人員檢測模塊人員計數(shù)模塊有鍵按下鍵服務(wù)上課/自習(xí)指示清零ny顯示圖 4.1 程序流程圖系統(tǒng)程序設(shè)

19、計：*cpu at89c51xtal 12m*#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int*bit time_10ms_ok=0,time_50ms_ok=0; /定義時間標(biāo)識uchar time_counter1; /軟件時間計數(shù)器uchar buff3; /顯示緩沖區(qū)uchar code number10=0123456789; /顯示字符/*按鍵讀取子程序，四個按鍵依次返回 1，2，3，4*/uchar read_key(void)static uchar key_state;uchar ke

20、y_press,key_return=0;key_press=p3&0 xf0; /讀取按鍵 i/o 口switch(key_state) /判斷按鍵狀態(tài) case 0: /狀態(tài) 0if(key_press!=0 xf0) /不等，表示有鍵按下key_state=1; /狀態(tài)置 1break;case 1:if(key_press!=0 xf0) /確實不等，判斷是哪個鍵按下switch(key_press)case 0 xe0: /00001110 第一個按下key_return=1;break;case 0 xd0: /00001101 第二個按下key_return=2;brea

21、k;case 0 xb0: /00001011 第三個按下key_return=3;break;case 0 x70: /00000111 第四個按下key_return=4;break;key_state=2; /狀態(tài)置 2else /否則是抖動，狀態(tài)置 0key_state=0;break; case 2: / 狀態(tài) 2，等待按鍵釋放if(key_press=0 xf)key_state=0;break;return key_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)*void display(uchar add,uchar dat)ucha

22、r i;for(i=0;i3;i+) /將要顯示的數(shù)分解送顯示緩沖區(qū) buff2-i=dat%10; dat=dat/10;write_lcd_cmd(add); /顯示在 lcd 上for(i=0;i3;i+) write_lcd_dat(numberbuffi); /*主函數(shù)*/void main(void) uchar up_limit_in=20,low_limit_in=5;/定義進(jìn)出門人數(shù)要設(shè)置的上下限uchar up_limit_out=20,low_limit_out=5;uchar number_in,number_out; /定義進(jìn)出門人數(shù)uchar key_input;u

23、char set_state=0; /定義設(shè)置鍵狀態(tài)(第四個鍵)uchar i;*can 總線通信模塊*#include can_touwenjian.h /包含相關(guān)寄存器定/ 初始化 sja1000 主控制器子函數(shù)void init_can(void)mode=0 x01;cdr=0 x88;ier=0 x0d;amr=0 xff;acr=0 x00;btr0=0 x05;btr1=0 xff;ocr=0 xaa;txerr=0 x00;reg_linshi=ecc;mode=0 x09;/ 主程序void can(void) scon=0 x50;pcon=0 x00;tmod=0 x21

24、;tl1=0 xfd;th1=0 xfd;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(shè)計總結(jié)本次設(shè)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(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，從分利用所學(xué)的智能儀器的知識，使本系統(tǒng)成功的對教室人數(shù)進(jìn)行計數(shù)，具有良好的實用性和經(jīng)濟性，為學(xué)校更方便的進(jìn)行學(xué)生人數(shù)的管理提供了很好的幫助。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計的系統(tǒng)仍然有不足之處，比如在掉電的時候無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護，如果學(xué)校在晚上進(jìn)行人員清點的時候，系統(tǒng)再次上電則沒有了數(shù)據(jù)，如果學(xué)校