基于光电开关的计数装置设计-论文.doc

密 级 公 开 学 号 201520513108 衡水学院毕业论文（设计） 基于光电开关的计数装置设计论文作者：王震指导教师：侯晓云系别：物理与电子信息系专业电子与信息工程年级：2015级提交日期：2017年4月18日答辩日期：2017年5月05日毕业论文（设计）学术承诺本人郑重承诺：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不存在抄袭情况，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。作者签名： 日 期： 毕业论文（设计）使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定。即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文（设计）的原件或复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公开论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）及相关资料。作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 论文题目：基于光电开关的计数装置设计摘 要：社会的进步，科技的发展，日常生活生产中越来越多的场合都需要对人或物体进行统计。由单片机作为控制核心的自动化计数器有计数准确操作方便和节省劳动力的优点，当前已经在各行各业得到广泛的推广和使用。发展至今，自动化的计数装置的类别也是丰富多彩，从其与人力的有机连接上看有接触式和非接触式，现今社会生活中，基于单片机的光电开关计数装置广泛的用于生产生活中，具有价格优惠，操作简便快捷，节约资源，防干扰强等特点。面对日常生活生产中需要对目标计数的问题，设计了基于光电开关的计数装置。本装置经过比较采用了较为高效的AT89S52单片机作为CPU，采用对射式的光电传感器作为光感模块，即对射式光电开关分置的发射端和接收端之间有目标通过，使两者之间的光线被阻断，之后会形成一个脉冲信号送入处理器，再由单片机编程送入液晶显示完成对于目标的计数。随着工业革命的开展，人们的技术也日趋进步，对于产品以及人流量的统计方法也多种多样，至今依靠单片机技术，光电传感器控制的计数系统成为主流。关键词：自动计数；程序设计；光电开关；AT89S52TITLE：BASED ON THE PHOTOELECTRIC SWITCH OF COUNTING DEVICE DESIGNAbstract: The progress of the society, the development of science and technology in the production of daily life, more and more occasions require statistics on people or objects. By single chip microcomputer as control core of the automatic counter have accurate count the advantages of convenient operation and save labor force, the current has been widely promotion and use in all walks of life. Development so far, the automatic counting device categories also is rich and colorful, in general have contact and non-touch two kinds, in todays rapid development of science and technology, photoelectric switch based on single chip microcomputer counting device is widely used in the production of life, with preferential price, convenient operation, saving resources, strong anti-interference characteristics.In the face of daily life need to target counting problem in production, design a counting device based on photoelectric switch. This device by comparing adopted a more efficient AT89S52 single chip as the CPU, the correlation of the photoelectric sensor as the light sensor module, both correlation photoelectric switch, the separation between the transmitter and the receiver have a goal, make the light between the two is blocked, can form a pulse signal into the processor, and completed by MCU programming into liquid crystal display for the target of counting. With the development of the industrial revolution, the people of the technology is also increasingly progress, for the product as well as traffic statistical methods are varied, still rely on single chip microcomputer technology, photoelectric sensor control counting system become the mainstream.Key words：Automatic Counting；Program Design；Photoelectric Switch；AT89S52目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1课题背景11.2国内外研究现状11.3课题的设计目标22系统硬件电路的设计32.1主控CPU设计与电路分析32.1.1 系统的简单分析32.1.2 主控制器CPU介绍32.1.3主控制器电路设计42.2光电传感器介绍42.2.1光电传感器原理介绍42.2.2 ITR9606光电传感器参数52.3液晶显示介绍与接口电路设计52.3.1 LCD1602管脚功能介绍52.3.2 LCD1602显示功能说明62.3.3显示驱动程序思路及流程62.3.4 LCD1602接口电路设计72.4报警电路模块接口电路82.5复位电路83系统软件分析电路设计93.1系统软件的设计思路93.2系统软件的编程思想94 系统测试部分11结语12参考文献13致谢14附录151 绪论1.1课题背景创新是时代进步，科技发展的核心，自动化的计数装置的创新也对当今社会造成巨大影响。现在商人为了节约成本，在其车间生产线上统一使用一条龙式生产作业，因此不得不考虑对于产品的统计问题，同样的问题在存在于公路车流量和某些需要对于人流量统计的场所，而可以精确又快捷的电气自动化计数就进入了人们的视野。多功能的计数系统成为了主流，同事提高系统的可靠性和降低成本也是其考虑的重点，并且系统存在报错、计数和查询历史数据等方面的自动化和智能化，因此基于光电开关的计数装置设计得以产生。光电开关计数装置现在主要有欧姆龙，奥托尼克斯，KEYENCE，力科等国内外一些之名的品牌，基于光电开关的计数器可以用在商场，工厂，电影院，高速公路等不同的地方，对于过往的人或物体都可以进行有效精确地统计。光电技术对于现代的人或事物的统计至关重要。1.2国内外研究现状计数是日常生活生产中必不可少的方式，如何准确、快速而又方便地对于日常生产中一些人或事物的统计，极为重要。科技的大步向前、经济问题衍生的通信、计算机、自动化控制的不断进步，也使得人们的计数更趋向于自动化的方向发展，因此基于单片机的光电计数技术顺应发展潮流也在不断的加强。光电开关行业发展呈现不同的局面。国外光电开关行业相比于国内行业发展迅速。日本是光电传感器行业的先行者之一，以传感器事业为中心，在上个世纪70年代由日本首先开发了反射型光电传感器，是工艺技艺高超的产品。韩国，德国，美国等国的光电开关行业发展也很迅速。国外的光电开关计数装置性能相对较好，如精度高，反应灵敏，稳定性好。国内的光电开关行业发展较快，伴随着基于光电开关的计数装置也得发展，一些计数产品应运而生。相比国外的光电开关来说，国内的种类繁多的光电开关在大潮流的带领下也得到的相应的发展。根据国内外的发展状况，基于单片机的光电计数技术有很广阔的发展空间，多点计数对统计行业来说有很重要的作用。1.3课题的设计目标据光电开关计数装置的一些情况，此设计主要实现以下功能：1）达到预期准确可靠地计数目的，而且实现对于人或物体数量增减的统计以及统计超越设定峰值的系统的报错；2）装置设计思路清晰，分为四大模块构成，硬件电路设计简单易实行，而且容易实现对系统的有效操作； 3）在与其它计数设备相比较的情况下，价格便宜，实用功能强大，性价比相对而言较高。据光电开关计数装置的一些情况，此设计主要用来解决的问题有：1）电路元件的接线图设计以及电路的模拟；2）LCD1602液晶显示模块和光电传感器程序的编写与调试问题；3）各功能模块的程序运行与系统的调试；4）光电计数装置受其他因素干扰产生的计数误差。2系统硬件电路的设计2.1主控CPU设计与电路分析2.1.1 系统的简单分析系统硬件部分主要分为光电传感器，液晶显示计数电路，AT89S52单片机核心电路和声光报警电路构成的四大组成部分。根据系统主要实现的功能，基于单片机的光电开关的计数装置的总体构架框图都是以单片机为核心，在单片机的基础上与其它功能模块有机连接在一起，组成最后完整的系统构架，如图2-1所示。图2-1 总体框图构架2.1.2 主控制器CPU介绍单片机在整个电路系统中作为CPU存在，多用于接受各种各样地传感器信号，然后通过运算处理后再输出信号实现设计功能。本装置采用AT89S52单片机作为系统的中央位处理器，相比其它的51系列单片机内存增加了4K，同时AT89S52单片机应用高质量不易丢失存储计数而且兼容MCS-51工业标准的设置和管脚输出，在单芯片上，拥有高灵活，低功耗的8位处理器和在系统可编程Flash。单片机具有质量轻、体积小、开发简单快捷的特点，减轻了电路学习时难度。2.1.3主控制器电路设计装置用的核心控制处理器是AT89S52，该芯片有40个引脚。此设计由5V直流稳压电源供电。电路由复位和晶振电路构成的，在控制核心AT89S52的引脚RST上连接电容和限流电阻以及复位按钮就组成了复位电路，通过手动按键完成电路复位。晶振电路采用11.0592MHz无源晶振，用两个30pF电容起并联谐振作用。根据设计的要求，最小系统的外围电路精巧简单易行，如图2-2所示。图2-2 单片机核心控制电路2.2光电传感器介绍2.2.1光电传感器原理介绍光电传感器把发射头和接收头之间发射光的强弱变化，经过解调输出后由光信号转变为电信号从而实现检测的目的。根据器件的发射端在电路接通后长时间发射红外光线，由于对射式光电传感器接收端和发射端是相对设置的，当有目标通过后，对两者之间的光线产生了阻断的效果，此时会形成一个脉冲信号经过解调输出送入单片机控制电路形成所需要的功能。光电传感器原理如图2-3所示。图2-3光电传感器原理图2.2.2 ITR9606光电传感器参数本设计为起到操作简单，准确效率和抗干扰性强等特点，选用ITR9606作为系统传感器。光电传感器的主要工作指标如表2-1所示。表2-1光电传感器参数表型号工作环境工作电压工作电流检测范围ITR9606-20805V DC100mA3-80cm2.3液晶显示介绍与接口电路设计2.3.1 LCD1602管脚功能介绍LCD1602是通过16字*2行的5*7点阵图形来显示字符的智能液晶显示终端，根据系统设计要求能够很清楚的显现出所需要的数字和字母，可调节字符对比和屏幕亮度。在不需要背光时电流更小，对屏的损伤也会降低到最小。一般情况下白天可以设置成低背光，用以增长使用液晶显示屏的使用寿命。根据不同的情况和需求可以对亮度进行适当的调整，从而达到最佳的使用效果。液晶显示器主要参数如表2-2所示。表2-2 LCD1602主要管脚功能表引脚图符号状态功能1VSS电源地2Vdd电源+5V3V0对比控制端4RS输入寄存器选择5R/W输入读、写操作6E输入使能信号7DB0三态数据总线8DB1三态数据总线9DB2三态数据总线10DB3三态数据总线11DB4三态数据总线12DB5三态数据总线13DB6三态数据总线14DB7三态数据总线15LEDA输入背光+5V16LEDK输入背光负极2.3.2 LCD1602显示功能说明LCD1602是环保的智能显示终端液晶显示元件，内部内置数字源、英文词库、符号库，方便用户使用。显示模块的功能为显示所要定时的时间。LCD1602上电时，模块将恢复到默认的状态，并根据相应的按钮设置显示时间。LCD1602主要功能既可以呈现数字，与其它功能相比得到最大化使用。2.3.3显示驱动程序思路及流程当系统开始运行的时候，由位处理器控制核心发送起始信号，让液晶屏显示进入初始化状态，根据命令码设置初始状态，也就是数字或者字符在液晶屏上显示的位置，然后处理显示屏中内容的编辑、字体大小、屏幕的亮度等一系列的问题，全部设置完毕并校验无误后发送字符串进行显示。初始化LCD1602设置，然后查看显示模块的状态。进行数据处理后，当液晶显示出于初始化状态并且繁忙的时候进行写数据，只有当显示模块出于非繁忙的状态时，才进行数据的读写。然后显示在液晶屏幕上，不断的更新数据流。程序流程如图2-4所示。图2-4 显示程序流程图2.3.4 LCD1602接口电路设计LCD1602拥有16个引脚，为了保证数字或者字符准确清晰的显示，需要5V直流电源供电。串口连接到为控制其的PA9、PA10，即串口1。接口电路如图2-5所示。图2-5 显示模块接口电路图2.4报警电路模块接口电路蜂鸣报警器的正极与一个限流电阻连接同时再添加一个发光二极管，发光二极管起到单项限制电流的作用，蜂鸣报警器的负极一端接地，另外一端与光电传感器连接。报警电路模块接口电路如图2-6所示。图2-6 报警电路模块接口电路图2.5复位电路 在硬件电路设计上采用手动按键复位方式实现系统的初始化操作。在系统电路通电运行的情况下，使用恢复按钮实现系统整体的复位。本系统采用的复位时手动复位，复位按钮通过与电容C3和限流的电阻以及外接电源相连接构成复位电路。手动复位结构如图2-7所示。图2-7 手动复位电路图3系统软件分析电路设计3.1系统软件的设计思路AT89S52是功耗低、几乎无干扰的8051单片机。该设计使的软件开发工具是VC+6.0。VC+6.0是很优越的8051单片机的软件开发工具，其操作简洁，功能强大，有不错的仿真功能，故选它为开发工具。开发平台是Keil-uVision4。它增强开发人员的效率，实现更好，更平稳的加速了程序开发。3.2系统软件的编程思想图3-1 程序流程图在选题之后首先考虑的就是使用C语言作为系统编程的执行编码，因为相对而言C语言是最早接触的一类编程程序，而且C语言和汇编语言相比更加贴近人类的正常思维习性，在程序设计的整体结构以及到部分程序的可读性上都显示除了明显的优势，因此本设计选择了由美国开发的编程程序C语言进行相关程序的编写，同时也使用Keil-uVision4软件对编程后的系统进行调适，因为Keil-uVision4软件生成代码的效率迅捷，而且简单易懂，所以在系统设计的过程中多次使用此软件对于系统整体进行编译和检测。系统运行程序的编写是设计中最主要的部分，只有正确的编程才能保证系统大部分功能稳定的实现。由于本设计主要实现的功能是计数，所以该设计的技术功能由系统中央处理器AT89S52控制完成，基本的工作原理是开启总中断后，当对射式光电传感器的发射端与接收端两者之间的光线被目标阻挡时候，此时光电开关就产生了被检测物体形成的开关信号，再将此信号送到单片机控制核心，经过单片机内部对这个中断信号进行计数编程再由单片机送入显示计数电路。显示部分是由P0和P2口来实现的。在设计之前，对于设计整体构造的流程图同样至关重要，装置整体流程图如图3-1所示。4 系统测试部分当设计内容完成以后，需要对系统的整体结构进行检测和调适，发现错误加以改正。之后，设备硬件和软件部分的有机连接在仿真环境中进行检查，检测中有缺陷的模块需要修改。反复进行检查使系统仿真达到最优化。测试的主要部分分为软件和硬件，并记录是否可以使软件所运行的功能在硬件上有效的实现。而且硬件部分主要是显示部分和传感器部分，能否正常工作，是否可以正常显示计数，也是检测的关键。为提高本装置的计数的准确性，检测结果要多方比较确保达到最优。传感器本身决定硬件误差。基于传感器的准确性的需要的大小、传感器响应速度等一系列的问题，最终确定了型号为ITR9606对射式光电传感器。还有如今传感器种类繁多，通过多方面比较，分析出此传感器响应速度，以及在不同光照强度下可以正常工作，是一款相对稳定的传感器。编程方法造成软件误差。在编写程序的过程中会遇到指令不存在等问题，通过仔细检查及调试之后对错误的地方进行修改。因此，在设计中应该充分考虑，经行反复的运行和调试，让检测误差缩到最小。通过多方面的检测和调适，本装置可基本实现所需功能，达到设计之处预想的水准。检测过程中并没有出现黑屏或者计数显示有较大偏差的情况。与其他的光电计数器的测量结果相比较而言，误差相差不大，在不等的测量范围内是可以接受的。经过严格的测试，系统并没有出现其他异常的情况。结语本系统主要探究的是基于光电开关的计数装置，通过多模块结合设计系统，从基础信号处理到高级的屏幕显示计数条理都很清晰。本装置的原理从理论的高度上讲是对射式光电传感器的发射器与接收器之间的光轴被目标阻断产生一个开关信号再解调形成高低电平信号来分析，电平信号为高的时候开始计数，为低电平的时候则直接通过，以此达到由微处理器控制的程度，本装置的中央处理器为AT89S52单片机，同时用其与时序电路相连接，当光电传感器的光轴无外物阻断的情况下信号输出为低电平信号，有阻断的时候则为高电平信号。通过时序信号的不断的产生和中央处理器AT89S52单片机对遮挡信号进行多次处理，从而完成对于目标统计的目的，正是因为本次设计，让我深深明白在学习实践上单独思考以及独立解决问题对于未来的我来说是多么的宝贵的财富。基于单片机的光电开关的计数技术，不仅对于产品统计、人流量检测、车流量检测等问题有很大的帮助，也是自动化统计技术能否顺利发展的关键因素。由光电开关控制的计数装置不仅设计简单，而且作用很大，对以后的电子产品的也有很大的指导意义。参考文献1 王海东,王文堂,杨建昌.光电开关在自动化生产线上的应用技巧J.国防制造技术,2016,02:54-55.2 傅艺扬,陆玲霞.热转印生产线二自由度机械臂设计J.电工技术,2016,03:12-13.3 万柯,张海燕.基于单片机和光电开关的通用计数器设计J.计算机测量与控制,2015,02:608-610.4 夏秋.基于AT89S52单片机光电开关转速测量系统设计J.信息通信,2015,03:62-63.5 张婷婷.产品计数器设计J.智富时代,2015,02:166.6 韩义中,官志坚.光栅与光电开关在被动体积管流量标准装置中的组合运用J.测试技术学报,2015, 02:290-293.7 陈聪,尚无忧.便携式多功能仰卧起坐计数器材J.信息通信,2014,08:35-36.8