光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

自動(dòng)計(jì)數(shù)器在現(xiàn)代社會(huì)中起到越來(lái)越重要的作用。自動(dòng)計(jì)數(shù)器在單片機(jī)的基礎(chǔ)上構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。，數(shù)字計(jì)數(shù)器有多種形式，在今天非接觸式紅外計(jì)數(shù)器得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用紅外發(fā)射接收管作為紅外計(jì)數(shù)器的信號(hào)檢測(cè)頭價(jià)格低廉，抗干擾性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便等特點(diǎn)。指導(dǎo)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(hào).當(dāng)有人或物擋住紅外光時(shí)，接收管沒(méi)有接收到紅外信號(hào)，放大器將輸出高電平，將這個(gè)電平信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行控制計(jì)數(shù)，使數(shù)碼管顯示數(shù)值為所求的數(shù)值。關(guān)鍵字：自動(dòng)計(jì)數(shù)，單片機(jī),數(shù)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(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器的發(fā)展 1\o"CurrentDocument"國(guó)內(nèi)外光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器的研究 1\o"CurrentDocument"二、用單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"方案思路 2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)圖和及其原理 2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì) 3.電源供電電路 3紅外線檢測(cè)部分的設(shè)計(jì) .5.\o"CurrentDocument"三、單片機(jī)計(jì)數(shù)及控制部分 區(qū)\o"CurrentDocument"計(jì)數(shù)部分的設(shè)計(jì) 區(qū)\o"CurrentDocument"單片機(jī)控制的設(shè)計(jì) .9.\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 1.0.謝詞 光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一、緒論前言在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展的今天，廠家基本采用流水線技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對(duì)其線上的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效的、精確的自動(dòng)計(jì)數(shù)成為廣大生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問(wèn)題。傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式計(jì)數(shù)器電路比較復(fù)雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而基于單片機(jī)為核心控制的計(jì)數(shù)器有著能夠?qū)崟r(shí)、精確、可靠、穩(wěn)定等計(jì)數(shù)優(yōu)點(diǎn)已成為廣大廠家的首先自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器的發(fā)展當(dāng)今社會(huì)，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的計(jì)數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)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(jī)技術(shù)并能開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才，而不是表面看來(lái)似乎發(fā)展到頭了，電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測(cè)量?jī)x器，它利用電子學(xué)的方法測(cè)出一定時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)目，并將結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來(lái)。國(guó)內(nèi)外光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)裝置已成為現(xiàn)在自動(dòng)計(jì)數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的潮流。而如何提高自動(dòng)計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)性、抗干擾能力、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)計(jì)數(shù)生產(chǎn)研究的主要課題，產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)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(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器，單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器存在的致命在這種環(huán)境中工作時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)誤操作或死機(jī)。共11頁(yè)作者：共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)二、用單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)方案思路紅外發(fā)射電路NE555紅外接收電路LM567計(jì)數(shù)顯示專(zhuān)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(gòu)成紅外檢測(cè)單元及形成計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)顯示部分使用了四合一芯片CL102它是集譯碼、驅(qū)動(dòng)、鎖存、顯示為一體。系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)圖和及其原理圖2.2原理：電路的指導(dǎo)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(dāng)有紅外線照射的時(shí)候，電阻比較小，當(dāng)無(wú)線外線照射的時(shí)作者：XXX 第2頁(yè) 共11頁(yè)

光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)候電阻比較大，這樣就可以通過(guò)一個(gè)電壓比較器和一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)有光照的時(shí)候，紅外接收管電阻比較小，那么和其串聯(lián)的電壓分壓就會(huì)增大，所以電壓比較器將會(huì)輸出一高電平；當(dāng)無(wú)光照射的時(shí)候，紅外接收管的電阻比較大，這樣電壓比較器就會(huì)輸出一個(gè)低電平。這個(gè)便是外部計(jì)數(shù)電平信號(hào)，這個(gè)電平信號(hào)送入人18虱51單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，在經(jīng)過(guò)擴(kuò)展、顯示驅(qū)動(dòng)完成最后的顯示過(guò)程。系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)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(jīng)變壓器降至9V交流電，然后經(jīng)四個(gè)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。共11頁(yè)共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)0a0a圖2.3-2橋式整流橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用電路，常用來(lái)將交流轉(zhuǎn)變成為直流電。原理：橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸了獲得正弦波正半部分，負(fù)半部分則損失掉。橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接，輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出，輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)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(duì)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(zhuǎn)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(qiáng)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(yè)作者：共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)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(dòng)成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系數(shù)（電壓或電流的幅值與平均值之比，稱(chēng)為脈動(dòng)系數(shù)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(dòng)成分，同時(shí)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(dòng)系數(shù)越小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大C2的電容量，又會(huì)電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)起來(lái)也不現(xiàn)實(shí)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诜€(wěn)壓前后各有濾波吸收電路，利用電容器的充放電，補(bǔ)償交流分量的電壓波動(dòng)2.3.2紅外線檢測(cè)部分的設(shè)計(jì)直接反射光電開(kāi)關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率較高時(shí)，直接反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。反射板反射式光電開(kāi)關(guān)集發(fā)射和接收一體化，使用和安裝非常方便，精心設(shè)計(jì)的光路經(jīng)過(guò)透鏡聚焦配合特制的反射板反射，可以達(dá)到4米的檢測(cè)距離，在很多場(chǎng)合可以替代紅外對(duì)射，并且產(chǎn)品的靈敏度可以調(diào)節(jié)，并且采用繼電器輸出共11頁(yè)作者：共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)產(chǎn)品正面有紅色LED指示，沒(méi)有遮擋物體時(shí)處于熄滅狀態(tài)，有遮擋物體時(shí)立即點(diǎn)亮，非常直觀，引線長(zhǎng)度為100毫米，其中棕色線是正24V,藍(lán)線地線，白線是繼電器觸點(diǎn)的公共端，灰線是繼電器觸點(diǎn)的常閉，黑線是繼電器觸點(diǎn)的常開(kāi)。紅外線反射型傳感器的電參數(shù)：工作電壓5—12V,極限電壓15V,工作電流5—20mA，最大30mA，對(duì)應(yīng)檢測(cè)距離為0—120。0。圖2.3-4計(jì)數(shù)傳感器在一些設(shè)備或流水線上需要對(duì)產(chǎn)量或流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(jì)數(shù)器即可組成完整的計(jì)數(shù)系統(tǒng)，用于監(jiān)控生產(chǎn)情況。如下圖2.3-5所示圖2.3-6紅外線檢測(cè)部分如圖2.3-6所示，紅外線檢測(cè)部分采用一對(duì)紅外發(fā)送接收管完成，當(dāng)電路正共11頁(yè)共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)常工作時(shí)，無(wú)障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時(shí)，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(fù)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(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器LM324輸出高電平；當(dāng)在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障礙物時(shí)，，紅外接收頭無(wú)紅外線照射，這時(shí)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(fù)向輸入電壓也是由R4和R5分壓得到，和原來(lái)電壓一樣，這時(shí)，R3分得的電壓要小于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器LM324輸出低電平。共11頁(yè)共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)三、單片機(jī)計(jì)數(shù)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(dāng)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(jī)計(jì)數(shù)部分計(jì)數(shù)部分的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)部分如圖十一所示。由單片機(jī)AT89C51控制完成?；驹頌楫?dāng)紅外檢測(cè)部分檢測(cè)到有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外接收電路的串聯(lián)電阻會(huì)分壓減小，從而使電壓比較器的正向輸入端小于負(fù)向輸入端的電壓，從而使電壓比較器輸出一個(gè)低電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)將供給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)部分有三種方案：外部中斷、T0或T1計(jì)數(shù)器脈）中統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)法。T0或T1計(jì)數(shù)器主要作用是在一定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，我們?cè)谶@里并非研究對(duì)象為在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)物品的數(shù)量，而是實(shí)時(shí)地在顯示器上顯示數(shù)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，故我們這里不能采用T0或T1計(jì)數(shù)器的方式；查詢(xún)法是CPU在一定時(shí)間內(nèi)或是時(shí)刻地在查詢(xún)是否有計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生。我們知道，CPU每查詢(xún)一個(gè)脈沖大約用到的時(shí)間是一個(gè)機(jī)器周期，也就是12個(gè)振蕩周期，即1s的時(shí)間，相對(duì)于單片機(jī)的運(yùn)行速度而言，外部流水線的傳輸速度共11頁(yè)共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)實(shí)在太慢，如果執(zhí)意要用查詢(xún)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)物體的傳輸速度，這樣對(duì)于單片機(jī)的時(shí)間資源太浪費(fèi)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)單片機(jī)產(chǎn)品中，時(shí)間資源和空間資料特別珍貴，不能輕易浪費(fèi)，故查詢(xún)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(shí)，當(dāng)有一低電平產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，進(jìn)行處理外部中斷問(wèn)題，但在這時(shí)，由于外界干擾或者物體的特性，可能會(huì)進(jìn)行反復(fù)地中斷觸發(fā)，這樣可能會(huì)造成誤計(jì)，重計(jì)等錯(cuò)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(fù)邊沿觸發(fā)方式，這樣只有產(chǎn)生一個(gè)完整的脈沖，才會(huì)有負(fù)邊沿產(chǎn)生，這樣就可以在很大程序上解決了誤差的問(wèn)題。綜上所述，在本設(shè)計(jì)在最合理的是采用外部中斷方式計(jì)數(shù)。單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示有責(zé)任中方案，和種是查詢(xún)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(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，從而控制數(shù)碼管的顯示。查詢(xún)法類(lèi)似于上面所說(shuō)的脈沖的查詢(xún)方法，主程序在不停地查詢(xún)并顯示數(shù)碼管的點(diǎn)亮，并且在每位數(shù)碼管之間還要插入延時(shí)程序，而這些延時(shí)程序一般都是利用空操作的方法進(jìn)行延時(shí)，這樣浪費(fèi)了大量的時(shí)間和空間資料。在工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制作中，一般不采用此方案。中斷法是利用單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的溢出進(jìn)行計(jì)數(shù)和定時(shí)，這樣可以準(zhǔn)確在某時(shí)刻或是是規(guī)定的時(shí)刻做相應(yīng)的工作。在本設(shè)計(jì)中，是用數(shù)碼管每1ms輪循地掃描，點(diǎn)亮數(shù)碼管。但是，在以上的顯示和計(jì)數(shù)的相應(yīng)程序段中，可能會(huì)遇到兩者同時(shí)進(jìn)入中斷問(wèn)題，如果遇到這樣的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)死機(jī)或者程序跑飛的情況，我們?yōu)榱吮苊膺@樣的情況產(chǎn)生，我們?cè)谶@里必須設(shè)定優(yōu)先級(jí)，在工業(yè)生產(chǎn)中，要計(jì)算出正確的數(shù)值才是最重要的，所以，我們這里就要設(shè)為檢測(cè)外部脈沖人優(yōu)先級(jí)。共11頁(yè)作者：共11頁(yè)光電開(kāi)關(guān)式檢測(cè)及計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)［1］陳華玲機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)（第二版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社?高教分