光电检测技术课程设计流水线光电计数器的设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除光电检测技术课程设计流水线光电计数器的设计仪器科学与工程学院组长：组员： 目 录1引言22 设计内容及要求22.1基本内容222提高要求23 光电计数器的系统设计33.1系统硬件设计33.11各模块组成43.1.2系统总电路图73.2软件程序设计84结束语11参考文献11流水线光电计数器的设计摘 要：本系统采用的是以单片机AT89C52为核心的自动计数器。将红外发光管与光电接收管相对放置，每当物体通过一次，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，输入至单片机AT89C52的P3.2口，通过软件控制并以LED加以显示，便可以实现对物体的计数统计。本计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码管显示，可适用于诸多行业。关键词：自动计数器，计数触发，光电式传感器The design of photoelectric counterKey words：automatic counters, counting trigger, photoelectric sensor1 引言21世纪是信息时代，获取信息，处理信息，运用信息。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。在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。而数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和非接触式计数器两种。本次设计的光电计数器为非接触式计数器中的一种。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。随着科学技术的发展，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面。由于有光电计数的设计理念，因此有了光电计数的发展。在市场电子计数器行业需求增长有所减缓的现状下，产能扩张的势头并没有得到较好的控制。产能过剩、重复建设不仅导致生产与消费的失衡，而且还引发了电子计数器行业内的一系列恶性价格竞争，影响了电子计数器行业业的盈利能力。由于当前电子计数器行业效益下滑，所以对电子计数器行业企业授信更要慎重。必须关注电子计数器行业子行业，关注电子计数器行业上下游企业，优化客户结构，针对电子计数器行业行业需求进行新产品开发。 2 设计内容及要求2.1基本内容本次设计光电计数器，使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能。实际工作示意图： 通过对光电传感器经过比较器输出的脉冲数计数，计数出产品数。通过LED数码管显示出来。3 光电计数器的系统设计3.1系统硬件设计检测部分使用红外对管：发射管和接收管。当物体穿过光路时，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一电压比较器反相后送入CPU。接单片机P3.2口，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给LED显示。系统原理框图如图2.1所示。生产流水线89C52单片机系统计数显示红外线接收器红外线发射器 图3.1 系统电路原理图本系统的硬件电路由光电转换、单片机系统、计数显示组成。3.1.1光电转换图3.2 光电转换电路红外对管和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。3.1.2单片机系统此设计采用的是AT89C2052单片机进行控制计数。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 3.1.3计数原理（单片机外部中断）1.中断的定义所谓“中断”，是指计算机在执行某一段程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因，有必要中止原程序的执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再返回来继续执行原程序的过程。2 51单片机的外部中断1.外部中断源端口的引脚外部中断0：端口引脚为12（P3.2），引脚符号为INT0。外部中断1：端口引脚为13（P3.3），引脚符号为INT1。2.外部中断请求方式负边沿触发，使控制位IT0=1即可。低电平触发，使控制位IT1=0即可。AT89S52单片机响应外部中断请求后会自动将外部中断标志位清0，但由于外部中断请求方式的特点，在使用外部中断中要注意避免重复请求问题。3.8位、可位寻址、复位后内容为00H；作用：为外部中断源和定时/计数功能服务；TCON寄存器TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0IT0：INT0中断请求触发标志，1为负边沿触发，0为低电平触发；IE0：INT0中断请求标志位；IT1：INT1中断请求触发标志，1为负边沿触发，0为低电平触发；IE1：INT1中断请求标志位；四51单片机外部中断源应用步骤1.设置外部中断请求允许位，设置IE寄存器中的EA、EX1、EX0；2.选择适合的外部中断请求触发方式，设置TCON寄存器的IT1、IT0；3.编写中断处理子程序，注意该子程序的返回指令是RETI；4.注意，INT0的中断入口地址为0003H，INT1的中断入口地址为00013H；在AT89S51中应用两种外部中断源时需要考虑上述四个步骤，但顺序依据编程人员自身特点进行合理安排。 基于此原理，我们选择有外部中断来计数光电检测的变化次数，产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。3.1.4显示模块：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。图3.4 显示电路3.1.4系统总电路图图3.5 系统总电路图当有物体通过时，光电转换电路中的集电极输出高电平。每通过一个物体形成一个脉冲，即计数一次，脉冲数即通过的物体数。计数后由LED显示。3.2软件程序设计为了充分实现实时在线工业检测，在处理过程中采用中断方式进行计数。发射电路始终发射红外信号，当传送带将物体送进入口时，将信号挡住，即将红外信号变为脉冲信号，此时中断响应。计数器记录进料数量并设定时中断为1ms，如果在进口中有其他异物通过时，它在设定的时间内不能长期保持有效。因此，中断不响应，计数器不记录异物通过，这样可防止外界干扰。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，红外线被阻断，红外接收器没有收到发射器的红外信号，输出高电平 。将此信号送人到AT89C2051单片机的P32口使单片机系统开始工作。由软件实现计数值加一。C语言：*/#include#define uchar unsigned char unsigned long num;uchar j,k;uchar a0,b0,c0,d0,e0,f0;sbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit s2=P30;sbit s3=P35;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;void delay(uchar i)for(j=i;j0;j-)for(k=125;k0;k-);void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d,uchar e,uchar f) dula=0; P0=tablea; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0xfe; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tableb; dula=1; dula=0; P0=0xfd; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablec; dula=1; dula=0; P0=0xfb; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tabled; dula=1; dula=0; P0=0xf7; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablee; dula=1; dula=0; P0=0xef; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablef; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(5);void keyscan()if(s3=0)while(s3=0);num=0;void main()while(1)keyscan();if(num10)a0=num;b0=16;c0=16;d0=16;e0=16;f0=16;elseif(num100)a0=num/10;b0=num%10;c0=16;d0=16;e0=16;f0=16;elseif(num1000)a0=num/100;b0=num%100/10;c0=num%10;d0=16;e0=16;f0=16;elseif(num10000)a