光电计数器的设计(数电).doc

摘 要21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。基于光电效应的传感器。光电式传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件关键词：计数 光电传感器一、题目：智能化光电计数器系统设计二、 设计要求：1、设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能； 2、发光器件和接收器件之间的距离大于1m；3、有抗干扰技术，防止由于抖动产生的误计数；4、每计数100，用等闪烁2s指示一下；5、LED数码管显示计数值。 三、 题目分析：计数的过程其实是获取脉冲源的过程，当有物体穿越光路时，接收头输出为高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经由电压比较器反相后送入CPU当传送带将被测物体传送到检测点时，物体将探头发送的红外线调制信号反射给探头，探头接收器产生的信号送到单片机P32口，启动计数器开始计数，每次红外线的阻断都将转化成电信号被单片机芯片获取，在原来的数值上加1，并将计数后所得的数据送给LED显示。四、整体构思：方案一：采用组合逻辑电路和时序逻辑电路实现电路框图如下图所示：单稳态电路光电转换上电和手动清零驱动&单稳态电路方波发生器显示译码计数主要设计思路为：没有瓶子挡光时，光接收电路输出低电平，有瓶子挡光时，光接收电路输出高电平。所以每当有一个瓶子通过时，光电转换电路输出一个正脉冲通过单稳态电路给计数电路，计数电路累加计数。由于当计数达到99后，若再有瓶子通过，由555组成的单稳态电路便会输出一个持续时间为2s的高电平脉冲，与另一个由555组成的方波发生器电路一起经过一个与门以及三极管驱动后使LED灯闪烁2s。方案二：采用单片机编程实现利用单片机外部中断方式，当光电转换电路检测到外界有物体移动时，输出由高电平变为低电平。将这一负跳变信号传送给单片机可使其产生一次外部中断，进而执行中断中的指令，由中断服务程序控制计数，LED灯闪烁程序流程图如下图所示：YN初始化开始N=0红外信号阻断n=n+1N为100的倍数时灯闪烁2sYN方案比较： 方案一采用组合与时序逻辑电路,采用模块化方法设计电路图，易于实现对电路的检查，且制作成本较低。但其运用了较多的模拟器件，比较容易受到外界的影响。方案二运用单片机编程，可降低设计电路的周期，具有很高的精确性。综合考虑后，我决定采用了方案一完成本次课程设计，系统的原理框图如图1所示。生产流水线89C51单片机系统计数显示红外线接收器红外线发射器图 1 系统电路原理图具体各部分电路图如下文所述。 五、具体实现：总电路图如下：1、电源部分：采用5V电源直接驱动。2、光电转换部分：红外对管和R1，R2组成的光电检测电路，负责把被检测的数量转换成电压脉冲信号。工作时红外发光管发出的红外光线投射到光敏三极管上，光敏三极管导通，集电极输出低电平；当红外光线被检测物遮断时，光敏三极管截止，集电极输出高电平。遮断一次输出一个脉冲，因此脉冲的个数就是被检测物的数量 红外对管中红外发光管的正向电流为50mA，在环境温度为25C时，它的最大耗散功率100mW，正向压降1.5V。当环境温度上升时，允许的正向工作电流还要减小。为了留有一定的欲量，取它的工作电流为20mA。则R1=175 取R1=200，其中5V是电源电压，1.5V是红外发光管的正向压降。根据红外对管的计数手册可知：使红外发光管的正向电流为20mA,当有遮挡时，光敏三极管Iceo=100nA；无遮挡时，光敏三极管的Ic=0.7mA.为了使光敏三极管能工作在开关状态，则R2=6.7K取R2=10K，其中5V是电源电压，0.4V是光敏三极管的饱和压降。红外对管的输出脉冲信号加到一个迟滞比较器（或者称作施密特触发器）。它有两个门限电压，分别称作上门限电压V1和下门限电压V2，两者的差值称为门限宽度获迟滞宽度，即：V=V1-V2假设比较器输出高电平V3，则V3和Vcc共同加到同向输入端的合成电压：V=V3+Vcc当比较器输出为低电平V4时，按同样的分析求得加到同向输入端的合成电压为：V5=V4+Vcc若Vi有大减小的通过V5时，则Vo由Vo1上跃到Vo2。可见，上式所示的V5就是比较器的下门限电压，即V2=V5.相应的迟滞宽度为：V=V1-V2=（Vo1-Vo2）调节R1和R2,可以改变V.同时Tw=2ln（1+）在实际应用中，利用迟滞比较器可以有效的克服噪声和干扰的影响，利用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。因此，当被测物每遮挡一次红外对管时，施密特触发器输出一个宽度为Tw的脉冲，该脉冲送到计数器去计数和显示。C4是滤波电容，可提高单稳态触发器的工作稳定性。3、单片机控制计数部分：此实验采用的是AT89C2052单片机进行控制计数。其引脚图和端口功能分别如下图： AT89C52单片机引脚图 AT89C52P3口端口功能AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。4、显示部分：当向P3.2口输入低电平时，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过三个数码管显示出来。5、程序设计部分：在光电计数系统中，设计软件可实现技术初始值为999，在生产流水线中有产品通过时，红外线被