光电检测课程设计_基于51单片机计数器

安徽科技学院 光电检测 课 程 设 计 报 告 课题名称：反射式光电检测电路 姓名：汤智 专业 ：电子科学与技术 指导教师：无 2014-4-19 反射式光电检测电路课程设计 摘要：在当今的电子电路设计中，光电传感器被越来越广泛的应用于各种检 测电路；人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛 选和传输，来实现制动控制，自动调节；由于微电子技术，光电半导体技术， 光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传 感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结 构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以 光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。所以光电传感器的研究是非常 有必要的，本文的研究对象就是反射式光电检测电路设计，本设计利用光电二 极管与光敏二极管构成光信号的接收装置，将光信号转化为电信号，再将所得 微弱电信号处理为可用电信号，通过双传感器电路实现自动化检测以及计数， 从而完成工厂生产中对产品质量的检测以及对合格产品计数。 第 3 页 共 10 页 一、设计思路： 随着电子技术自动化的发展，自动检测及控制在生活中运用得越来越广泛， 特别是工业上的自动控制系统；本次实验基于对工厂流水线上产品质量检测及 产品数量计数而设计的反射式光电检测电路，该电路系统运行稳定，装配简单， 价格低廉，精确度高而有很大的应用前景。 二、设计流程及目的 1、明确设计题目，确定方案。对于考虑的方案，经过比较后，确定选择哪个方 案。 2、单元电路的设计和元器件的选择，列出元器件清单。 3、画出完整的电路原理图和必要的仿真图，并说明主要工作原理及流程。 4、运用 ISIS 7 Professional 和 Keil uVision4 仿真软件测试，并能实现基本的功 能，以及思考与探讨一些可扩展的空间。 目的：通过本次光电检测电路的设计，可以使参与成员了解各种光电二极 管，光敏二极管的属性及使用方法，以及计算机辅助设计，单片机使用的方法， 熟悉电路设计的全过程，提高参与成员的综合设计能力，甚至通过本课程设计 的改进可以演化出一系列的电路检测电路，并将其应用到日常的生产与创造中， 在这里我们设计检测产品合格的光电检测电路。 器件清单及列表： 89C51 单片机、发光二极管、光电二极管、三极管、电阻。 （89C51 单片机芯 片可用于对电信号的处理） ，本设计的液面检测传感器检测电路采用的是红外发 光二极管，红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的 半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs) 等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。其型号为 PD204-6C/3L。前 者发光后者感光，后者根据有没有接收到光而呈现出两种电平。 三、实验原理及工作过程 装置安装图 1： 介绍：黄色矩形是被测液体，左侧的即为光电检测模块， 其正面图为右图： 光电传感计数器工作过程概括：该装置放在被检测产品 的边缘，使上边的光接收端靠近液面合格区域；当产品 来临时，上边和下边的光接收端同时接收到被检测液体 反射回来的光信号，当产品合格时，被正常运送到指定 区域，当产品不合格时，启动警示灯模式，同时启动侧面电机，把不合格产品 送到另外指定区域。下个产品来临时，继续上述工作。 总电路图： 图 2 光电检测 模块 装置图 1 图 3 第 5 页 共 10 页 1、光电检测模块 （1） 红外发光二极管及接收管 本次试验采用的光电传感器是红外发光二极管及接收管，结构、原理与普 通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷 化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封 装。其型号为 PD204-6C/3L，采用的是全透明树脂封装，红色的为发射管，黑 色的为接受管。前者发光后者感光，后者根据有没有接收到光而呈现出两种电 平。 （2）三极管 本次设计的检测电路中三极管的作用就是电流放大和开关作用。其三极管的型 号是 3904。它是 NPN 型，其放大倍数 300 至 400，功率 625mW，电流 200mA 图 4 光电检测模块 该模块工作过程： 当产品来临时，两个光电接收管接同时收到光电发射管发射物体反射回来的信 号，D2 和 D4 导通，三极管发射极导通，电流顺着电阻 R5 流入接地，此时产 品检测和产品计数同时输出低电平；当产品不合格（流体液面高度不够）时， 产品检测端的光接收端没有接收到光信号，D4 一直处于截止状态，三极管截止， 此时产品检测端一直处于高电平，而产品计数端处于低电平。 参数计算： 光电二极管参数：反向工作电流 I unsigned char code LEDcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; sbit SP1=P17; sbit SP2=P14; sbit key=P00; void delay5ms(void) unsigned char i,j; for(i=2;i0;i+) for(j=248;j0;j+); void main(void) Count=0; P3=LEDcodeCount%10; P2=LEDcodeCount/10; /P0=LEDcodeCount/10/10; while(1) if(SP2=1) key=0; else if(SP1=0) delay5ms(); if(SP1=0) key=1;Count+; P3=LEDcodeCount%10; P2=LEDcodeCount/10%10; /P0=LEDcodeCount/10/10; if(Count=100) Count=0; while(SP1=0); do delay5ms(); while(SP1=0); 第 9 页 共 10 页 电路方案缺陷及改进思路： 电路设计在理论上可以非常顺利的进行，但是在实际应用，仍有漏洞出现； 当液面高度大于指定区域时，该电路是测不出来的，这大大折扣了给电检测的 精确性；改进措施，可以多加传感器进行测量，对程序进行修改，设置为对不 同传感器接受的信号进行处理，多重判断。 此外，为提高输出电信号的质量，可在 output 口再接进一步放大电路及滤 波电路，若想提高电路的抗干扰能力可采用光电信号放大电路的差模输入，差 分放大电路对共模信号的抑制能力很强，用在光电信号检测采集系统中能够很 好的减小器件暗电流和外界环境温度变化给电路带来的影响和误差，同时为提 高放大倍数可采用多级放大。 五、设计总结： 通过对光电检测电路的课程设计，我们对光转换电加深了理解，同时运用 在实际中，在这次课程设计中，培养了我们的理论实践能力。在刚拿到课题时 候，我们四个不知道从何着手，后来经过讨论才决定运用现学的知识以及加上 各自掌握的情况，最终决定做光电检测在实际工厂流水线中检测产品（例如饮 料）的合格的课题，这次的课题让我们更深一步熟悉了光电电路的设计，掌握 了现在所学的单片机，在编程序时候，老是提示错误，经过反复修正，终于编 好了，当我们把课题都设计好以后老师说电路过于简单，因此我们又重新思考， 再原有的基础上添加其他的功能以及完善电路。 由于时间的仓促，再加上自身能力的不足，对电路的设计最主要还是单片 机的掌握程度不够，因此存在一定的漏缺，经过讨论，我们提出在原来的电路