光電開關式檢測及計數器設計

自動計數器在現代社會中起到越來越重要的作用。自動計數器在單片機的基礎上構成的產品自動計數器計數精確的優(yōu)點，目前已在各種行業(yè)中得到廣泛應用。，數字計數器有多種形式，在今天非接觸式紅外計數器得到了廣泛的應用。本設計采用紅外發(fā)射接收管作為紅外計數器的信號檢測頭價格低廉，抗干擾性好，結構簡單，操作方便等特點。指導思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成低電平信號.當有人或物擋住紅外光時，接收管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出高電平，將這個電平信號送入單片機進行控制計數，使數碼管顯示數值為所求的數值。關鍵字：自動計數，單片機,數碼管AbstractAutomaticcounterplaysmoreandmoreimportantroleinmodernsociety.TheadvantagesofproductautomaticcountingautomaticcounterintheSCMareconstructedonthebasisofaccurate,hasbeenwidelyusedinvariousindustries.Digitalcounters,haveavarietyofforms,intoday,snoncontactinfraredcounthasbeenwidelyapplied.Thisdesignusestheinfraredransmittingidreceivingtubesasthesignalofinfraredcounter(hetielc1lo(wnprice,goodanti-jammingperformance,simplestructure,onvenientoperationetc..Theguidingideologyofusinginfrareefemittingtubeemitsinfraredjnfrare(receivingtubereceivestheinfrared,andamplifyit,rectifierformlowlevelsignals.Whensomeoneorsomethin；isblockingtheinfraredreceivingpipe,notreceivingtheinfraredsignal,theamploutputhighlevel,theelectricsignalintoSCMcontrolcounter,digitaldisplayvalifornumericalrequest.Keywords:automaticcounting,single-chipmicrocomputer,digitaltubeTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、緒論 1.\o"CurrentDocument"前言 1\o"CurrentDocument"光電開關式檢測及計數器的發(fā)展 1\o"CurrentDocument"國內外光電開關式檢測及計數器的研究 1\o"CurrentDocument"二、用單片機構成的產品來實現自動計數的設計 2\o"CurrentDocument"方案思路 2\o"CurrentDocument"系統總體機構圖和及其原理 2\o"CurrentDocument"系統單元電路設計 3.電源供電電路 3紅外線檢測部分的設計 .5.\o"CurrentDocument"三、單片機計數及控制部分 區(qū)\o"CurrentDocument"計數部分的設計 區(qū)\o"CurrentDocument"單片機控制的設計 .9.\o"CurrentDocument"參考文獻 1.0.謝詞 光電開關式檢測及計數器設計一、緒論前言在當今社會飛速發(fā)展的今天，廠家基本采用流水線技術進行產品生產作業(yè)，而怎樣對其線上的產品進行實時的、有效的、精確的自動計數成為廣大生產廠家十分關注的問題。傳統的機械式或電子式計數器電路比較復雜，元器件數量較多，故障率較高，維修比較困難，而基于單片機為核心控制的計數器有著能夠實時、精確、可靠、穩(wěn)定等計數優(yōu)點已成為廣大廠家的首先自動計數裝置。光電開關式檢測及計數器的發(fā)展當今社會，單片微型計算機技術迅速發(fā)展，基于單片機技術開發(fā)的計數設備和產品廣泛應用到各個領域，單片機技術產品和設備促進了生產技術水平的提高，企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機技術并能開發(fā)、應用和維護管理這些智能化產品的高級工程技術人才，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了，電子計數器是一種多功能的電子測量儀器，它利用電子學的方法測出一定時間內輸入的脈沖數目，并將結果以數字形式顯示出來。國內外光電開關式檢測及計數器的研究用AT89C51為控制單元、輔以多種外圍硬件搭配而成的計數裝置已成為現在自動計數應用領域的潮流。而如何提高自動計數器的實時性、抗干擾能力、穩(wěn)定性是現在國內外自動計數生產研究的主要課題，產品自動計數主要用于工廠的流水線眩，往往是處于高溫，高噪聲等極度惡劣的環(huán)境中，而AT89C系列單片機構成的產品自動計數器，單片機構成的產品自動計數器存在的致命在這種環(huán)境中工作時往往會出現誤操作或死機。共11頁作者：共11頁光電開關式檢測及計數器設計二、用單片機構成的產品來實現自動計數的設計方案思路紅外發(fā)射電路NE555紅外接收電路LM567計數顯示專用芯片ACL102電源電電路圖2.1原理闡述：紅外發(fā)射電路（以皿555為核心）和紅外接收電路（由LM567為核心）構成紅外檢測單元及形成計數脈沖，計數顯示部分使用了四合一芯片CL102它是集譯碼、驅動、鎖存、顯示為一體。系統總體機構圖和及其原理圖2.2原理：電路的指導思想是紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收紅外線，并且接收管當有紅外線照射的時候，電阻比較小，當無線外線照射的時作者：XXX 第2頁 共11頁

光電開關式檢測及計數器設計候電阻比較大，這樣就可以通過一個電壓比較器和一個基準電壓進行對比，當有光照的時候，紅外接收管電阻比較小，那么和其串聯的電壓分壓就會增大，所以電壓比較器將會輸出一高電平；當無光照射的時候，紅外接收管的電阻比較大，這樣電壓比較器就會輸出一個低電平。這個便是外部計數電平信號，這個電平信號送入人18虱51單片機進行計數控制，在經過擴展、顯示驅動完成最后的顯示過程。系統單元電路設計2.3.電源供電電路圖2.3-1電源供電電路如圖所示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的家庭用電經變壓器降至9V交流電，然后經四個整流二極管(D1—D4)組成的橋式整流成直流電壓，經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。共11頁共11頁光電開關式檢測及計數器設計0a0a圖2.3-2橋式整流橋式整流器是利用二極管的單向導通性進行整流的最常用電路，常用來將交流轉變成為直流電。原理：橋式整流是對二極管半波整流的一種改進。半波整流利用二極管單向導通特性，在輸入標準正弦波的情況下，輸了獲得正弦波正半部分，負半部分則損失掉。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接，輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出，輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用率比半波整流高一倍。橋式整流是交流轉換成直流電的第一步。橋式整流也叫整流橋堆。橋式整流器是多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5人到50人，最高反射峰值電壓從50V到1000V。共11頁作者：共11頁光電開關式檢測及計數器設計VR17809VinVoutGXD_l±Cl C2：TIOOOn _l±Cl C2：TIOOOn 104_±C3：TIOI圖2.3-3濾波電路整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動系數（電壓或電流的幅值與平均值之比，稱為脈動系數5）要求小于0.01故整流輸出的電壓必須采取一定的措施，盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。在交流電的角頻率一定的情況下R越大，C2越大，則脈動系數越小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內部損耗；若增大C2的電容量，又會電容器的體積和重量，實現現起來也不現實。為了解決這個問題，我們在穩(wěn)壓前后各有濾波吸收電路，利用電容器的充放電，補償交流分量的電壓波動2.3.2紅外線檢測部分的設計直接反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率較高時，直接反射式的光電開關是首選的檢測模式。反射板反射式光電開關集發(fā)射和接收一體化，使用和安裝非常方便，精心設計的光路經過透鏡聚焦配合特制的反射板反射，可以達到4米的檢測距離，在很多場合可以替代紅外對射，并且產品的靈敏度可以調節(jié)，并且采用繼電器輸出共11頁作者：共11頁光電開關式檢測及計數器設計產品正面有紅色LED指示，沒有遮擋物體時處于熄滅狀態(tài)，有遮擋物體時立即點亮，非常直觀，引線長度為100毫米，其中棕色線是正24V,藍線地線，白線是繼電器觸點的公共端，灰線是繼電器觸點的常閉，黑線是繼電器觸點的常開。紅外線反射型傳感器的電參數：工作電壓5—12V,極限電壓15V,工作電流5—20mA，最大30mA，對應檢測距離為0—120。0。圖2.3-4計數傳感器在一些設備或流水線上需要對產量或流量進行統計，用紅外線反射型傳感器可以直接作為傳感器件。再利用LED2六位計數器即可組成完整的計數系統，用于監(jiān)控生產情況。如下圖2.3-5所示圖2.3-6紅外線檢測部分如圖2.3-6所示，紅外線檢測部分采用一對紅外發(fā)送接收管完成，當電路正共11頁共11頁光電開關式檢測及計數器設計常工作時，無障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時，紅外接收頭的電阻很小，大部分電壓都加在R3上，這正是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負向輸入電壓由R4和R5分壓得到U 5?R［「3.3V，而R3分得的電壓R4R5要大于此基準電壓值，故這時電壓比較器LM324輸出高電平；當在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障礙物時，，紅外接收頭無紅外線照射，這時紅外接收頭的電阻很大，大部分電壓都加在紅外接收頭上，這也是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負向輸入電壓也是由R4和R5分壓得到，和原來電壓一樣，這時，R3分得的電壓要小于此基準電壓值，故這時電壓比較器LM324輸出低電平。共11頁共11頁光電開關式檢測及計數器設計三、單片機計數及控制部分A1324ANmPl.0 vccPl.l PO.OPl.2 PO'.lP13 P0.2Pl.4 P0.3Pl.5 P0.4Pl.6 P0.5Pl.7 P0.6P3.4 P2.1P3.5 P2.2P3.6 P2.3P3.7 P2..4XTAL2 P2.5XTAL1 P2.6GND P27P2.0 PSFNRST R3一口ALEPROGP3.2 P0'.7P3.3 _EAi'VppP3.1PACKl12345678ga當8b乎了c由&defg 不C5騫理ll10dpII 10KII3Op_C6*-3□Y1「aiT■II 12LII30PG\D [5 123032A)K _13_3111AT83C51圖3單片機計數部分計數部分的設計計數部分如圖十一所示。由單片機AT89C51控制完成?；驹頌楫敿t外檢測部分檢測到有物體經過時，紅外接收電路的串聯電阻會分壓減小，從而使電壓比較器的正向輸入端小于負向輸入端的電壓，從而使電壓比較器輸出一個低電平信號，這個信號將供給單片機進行計數控制。計數部分有三種方案：外部中斷、T0或T1計數器脈）中統計、查詢法。T0或T1計數器主要作用是在一定時間內計數脈沖的個數，我們在這里并非研究對象為在一定時間內通過物品的數量，而是實時地在顯示器上顯示數當前的計數值，故我們這里不能采用T0或T1計數器的方式；查詢法是CPU在一定時間內或是時刻地在查詢是否有計數脈沖產生。我們知道，CPU每查詢一個脈沖大約用到的時間是一個機器周期，也就是12個振蕩周期，即1s的時間，相對于單片機的運行速度而言，外部流水線的傳輸速度共11頁共11頁光電開關式檢測及計數器設計實在太慢，如果執(zhí)意要用查詢法進行統計物體的傳輸速度，這樣對于單片機的時間資源太浪費，我們在設計單片機產品中，時間資源和空間資料特別珍貴，不能輕易浪費，故查詢方案舍棄。外部中斷法是利用P3.2口的第二功能，INT0中斷，這時，當有一低電平產生時，單片機將自動進入中斷服務程序，進行處理外部中斷問題，但在這時，由于外界干擾或者物體的特性，可能會進行反復地中斷觸發(fā)，這樣可能會造成誤計，重計等錯誤后果，在這里我們處理的辦法是我們不再利用電平觸發(fā)，而采用負邊沿觸發(fā)方式，這樣只有產生一個完整的脈沖，才會有負邊沿產生，這樣就可以在很大程序上解決了誤差的問題。綜上所述，在本設計在最合理的是采用外部中斷方式計數。單片機控制的設計單片機控制數碼管顯示有責任中方案，和種是查詢法，另一種是中斷法，這里的中斷不再是外部中斷，而是利用單片機內部的定時器產生定時中斷，從而控制數碼管的顯示。查詢法類似于上面所說的脈沖的查詢方法，主程序在不停地查詢并顯示數碼管的點亮，并且在每位數碼管之間還要插入延時程序，而這些延時程序一般都是利用空操作的方法進行延時，這樣浪費了大量的時間和空間資料。在工程設計和產品制作中，一般不采用此方案。中斷法是利用單片機內部產生的溢出進行計數和定時，這樣可以準確在某時刻或是是規(guī)定的時刻做相應的工作。在本設計中，是用數碼管每1ms輪循地掃描，點亮數碼管。但是，在以上的顯示和計數的相應程序段中，可能會遇到兩者同時進入中斷問題，如果遇到這樣的問題，可能會導致單片機死機或者程序跑飛的情況，我們?yōu)榱吮苊膺@樣的情況產生，我們在這里必須設定優(yōu)先級，在工業(yè)生產中，要計算出正確的數值才是最重要的，所以，我們這里就要設為檢測外部脈沖人優(yōu)先級。共11頁作者：共11頁光電開關式檢測及計數器設計參考文獻［1］陳華玲機械工程測試技術（第二版）［M］.北京：機械工業(yè)出版社?高教分