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智能检票系统的设计论文.doc

智能检票系统的设计【1张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

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关键词：: 智能检票系统设计 cad图纸毕业论文开题报告智能检票系统外文翻译任务书

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智能检票系统的设计

32页 15000字数+论文说明书+任务书+1张CAD图纸【详情如下】

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智能检票系统的设计开题报告.doc

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1 引言………………………………………………………………………………… 1

1.1 智能检票系统的发展………………………………………………………………1

1.2 智能检票系统的功能………………………………………………………………1

1.3 智能检票系统的信号采集…………………………………………………………2

1.4 课题研究的内容……………………………………………………………………3

2 检票箱的总体设计………………………………………………………………… 4

2.1 控制系统的需求分析 …………………………………………………………… 4

2.2 系统控制功能设计 … … ………………………………………………………5

3 控制系统的详细设计………………………………………………………………6

3.1 执行机构的设计……………………………………………………………………6

3.2 控制系统的选择………………………………………………………………… 10

3.3 光电传感器的选择……………………………………………………………… 13

3.4控制电路的设计………………………………………………………………… 18

4 控制系统的软件设计………………………………………………………22

4.1 控制模块软件的设计……………………………………………………………22

4.2 键盘输入程序设计……………………………………………………………… 23

4.3 智能检票统计源程序…………………………………………………………… 23

结束语 …………………………………………………………………………………28

致谢 ……………………………………………………………………………………29

参考文献………………………………………………………………………………30

毕业设计说明书（论文）中文摘要

本次毕业设计主要介绍了智能检票系统的基本发展状况，根据设计要求，完成了智能检票系统的总体方案设计，选取了合适的控制系统和传感器，并对智能检票系统进行了详细的设计，设计了选票的样式，确定了智能检票系统的执行机构，最后编制了相应的控制程序。

关键词智能检票系统检票箱传感器控制系统

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The Resign of the Automatic Verify-checking Tickets System

Abstract

Automatic Verify-checking ticket system is a computer-based technology, modern communications technology, database technology and control technology for the integrated management system of modern high-tech system.

The graduation of the intelligent design introduces the Automatic Verify-checking ticket system development. According to requirements of design, Automatic Verify-checking Ticket System's overall design was completed. The appropriate control systems and sensors were selected, Then the Automatic Verify-checking Ticket System detailed design was carried out. The style of the votes was designed. The implementation of the ticket system was determined. Last, the corresponding control procedures were completed.

Keywords Automatic Verify-checking ticket system Intelligent ballot box Sensors Control System

1　引言

随着科学技术和市场经济迅速发展，智能化的选票模式已逐渐取代了人工的选票模式，与传统的人工投票相比，智能检票系统具有明显的优点，不仅可以节省大量的人力物力，而且能在一定的程度上保证选举的公正性。随着Internet的发展和普及，实现Internet上的匿名投票成为一个亟待的问题。这就要求我们设计出更安全、实用性的智能检票系统[1]。

1．1 智能检票系统的发展

智能检票系统的基本安全性是投票的匿名性、选票的秘密性、计票的完整性、选举结果的普遍验证性和系统的健壮性 ,更高的安全性是无收据性、选票的完全保密性、计票的公平性和无争议性。智能检票系统的发展从它在1884年第一次被人提出到现在这近百年并不是一帆风顺的，其主要原因是一个智能检票系统的安全性和公平性是很难得到保证的。只是随着微型计算机技术的发展，智能检票系统才有了可喜的进展。有关智能检票系统的研究始于90年代中期，这期间，一些日本学者先后发表了若干关于智能检票系统的实用方案，从那以后，国际上众多的学者都开展了这方面的研究工作，出现了许多有关智能检票系统的理论方案和实用方案。智能检票系统近年来之所以受到广泛关注，主要是由于它可以省去通常投票活动在组织工作、选票采集、选票统计和安全保密等方面所需花费的大量人力和物力[9]。

我国自1982年第一代智能检票系统研制成功以来，系统在26年间实现了七代更新，因为智能检票箱是智能检票系统的关键设备，所以这七代产品的更新主要表现在检票箱的核心技术的更新。第一代采用的是“穿孔识别”技术，第二代依靠电阻连通状态识别(石墨导电，铅笔在纸上画出印迹产生电阻的变化)，第三代用“光纤传导”，这些技术短暂地使用过一段时间后已被淘汰。第四代和第五代用的都是光学标记识别技术，十六大时我们对智能票箱的核心技术进行了更新换代，第六代及目前使用的第七代智能票箱采用的是最新的快速图像识别技术。

智能检票系统在我国会议上的应用相当广泛，例如党的十二大至十七大、六届全国人大政协至十一届全国人大政协大会选举，全国20余个省(区、直辖市)及近百个地市州的党委、人大、政协会议选举，全国妇联、全国文联等全国性社团组织的大会选举。

结束语

智能检票系统的设计和使用成功是高新技术应用于选举工作中的一次成功尝试，具有广阔的应用前景。智能检票系统提高了效率，取得了很好的社会和经济效益。

本次毕业设计主要通过软、硬件两方面对智能检票系统进行设计。在智能检票系统中，检票箱是智能检票系统的核心设备，首先对了解智能检票箱的硬件结构，然后对智能检票箱的控制系统进行了详细的设计。在硬件方面通过选择合适的光电传感器对选票上的信息进行采集，控制系统则选择合适的单片机芯片，执行机构选用步进电机对选票进行分类管理。在系统软件设计方面采用模块化结构，整个程序由主程序、显示、键盘等子程序模块组成。

通过本课题的设计，我明白了独立思考的重要性，不能面对困难就退缩，要勇敢地面对，请教老师和同学。

当然由于时间和本人的能力有限，本次毕业设计还有许多的不足，希望老师多指教。

致谢

本文的研究工作是在老师的精心指导下完成。在整个课题研究过程中，两位老师在各方面给予了我无尽的关心、帮助和教诲，使本论文的研究工作顺利完成。老师学识渊博，经验丰富，思维敏捷，时时给我热情的鼓励和不倦的教诲，在研究思想和研究方法上给了我诸多启示，解答了许多难题，从课程学习、论文选题、课题研究到论文撰写无不凝聚着老师们的心血和汗水。老师待人诚恳，心胸宽大，精深的知识令我受益匪浅。在此向两位老师表示无尽的感谢，同时此课题能够顺利完成也离不开同学给我的帮助和指导，在此也特别向他们表示深深的谢意。

参考文献

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[5] 方连众，翟淑霞.微型计算机组成原理及应用[M].哈尔滨工业大学出版社,2001.1

[6] 李世平.在选举会议中使用计算机处理选票的系统[J].科学技术工程,2007,12(7):285～287

[7] 王松武,赵旦峰等.常用电路模块分析与设计指导[M].清华大学出版社,2007,4

[8] 赵家贵,付小美,董平.新编传感器电路设计手册[M].中国计量出版社,2002,9

[9] 刘晖波，等. 现有智能检票系统的体系结构以及安全机制的剖析与改善[J].微型机与应用.1999，18(11):45～48

[10] 刘伟.传感器原理及实用技术[M].电子工业出版社,2006.

[11] 刘政华.机械电子学[M].国防科技大学出版社,1997.10

[12] 朱明悦.电工电子技术基础与实训学[M].化学工业出版社,2007.

[13] 李文英.模拟电子技术基础教程[M].清华大学出版社,2006.2

[14] 唐露新.传感器与检测技术[M].科学出版社,2006.7

[15] 杜捷.模拟电路与数字电路[M].人民邮电出版社,2007.5

[16] 王爱英.智能卡技术[M].清华大学出版社,1996.2

内容简介：: 目录 1 引言 1 智能检票系统的发展 1 智能检票系统的功能 1 智能检票系统的信号采集 2 课题研究的内容 3 2 检票箱的总体设计 4 控制系统的需求分析 4 系统控制功能设计 5 3 控制系统的详细设计 6 行机构的设计 6 制系统的选择 10 电传感器的选择 13 制电路的设计 18 4 控制系统的软件设计 22 控制模块软件的设计 22 键盘输入程序设计 23 智能检票统计源程序 23 结束语 28 致谢 29 参考文献 30 毕业设计说明书（论文）中文摘要本次毕业设计主要介绍了智能检票系统的基本发展状况，根据设计要求，完成了智能检票系统的总体方案设计，选取了合适的控制系统和传感器，并对智能检票系统进行了详细的设计，设计了选票的样式，确定了智能检票系统的执行机构，最后编制了相应的控制程序。关键词智能检票系统检票箱传感器控制系统本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 32 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 of is a of of of s of of 本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 32 页 1 引言随着科学技术和市场经济迅速发展，智能化的选票模式已逐渐取代了人工的选票模式，与传统的人工投票相比，智能检票系统具有明显的优点，不仅可以节省大量的人力物力，而且能在一定的程度上保证选举的公正性。随着发展和普及，实现就要求我们设计出更安全、实用性的智能检票系统 1。 1 1 智能检票系统的发展智能检票系统的基本安全性是投票的匿名性、选票的秘密性、计票的完整性、选举结果的普遍验证性和系统的健壮性 ,更高的安全性是无收据性、选票的完全保密性、计票的公平性和无争议性。智能检票系统的发展从它在 1884 年第一次被人提出到现在这近百年并不是一帆风顺的，其主要原因是一个智能检票系统的安全性和公平性是很难得到保证的。只是随着微型计算机技术的发展，智能检票系统才有了可喜的进展。有关智能检票系统的研究始于 90年代中期，这期间，一些日本学者先后发表了若干关于智能检票系统的实用方案，从那以后，国际上众多的学者都开展了这方面的研究工作，出现了许多有关智能检票系统的理论方案和实用方案。智能检票系统近年来之所以受到广泛关注，主要是由于它可以省去通常投票活动在组织工作、选票采集、选票统计和安全保密等方面所需花费的大量人力和物力 9。我国自 1982 年第一代智能检票系统研制成功以来，系统在 26 年间实现了七代更新，因为智能检票箱是智能检票系统的关键设备，所以这七代产品的更新主要表现在检票箱的核心技术的更新。第一代采用的是“穿孔识别”技术，第二代依靠电阻连通状态识别 (石墨导电，铅笔在纸上画出印迹产生电阻的变化 )，第三代用 “ 光纤传导 ” ，这些技术短暂地使用过一段时间后已被淘汰。第四代和第五代用的都是光学标记识别技术，十六大时我们对智能票箱的核心技术进行了更新换代，第六代及目前使用的第七代智能票箱采用的是最新的快速图像识别技术。智能检票系统在我国会议上的应用相当广泛，例如党的十二大至十七大、六届全国人大政协至十一届全国人大政协大会选举，全国 20 余个省 (区、直辖市 )及近百个地市州的党委、人大、政协会议选举，全国妇联、全国文联等全国性社团组织的大会选举。 1 2 智能检票系统的功能本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 32 页智能检票系统的硬件由双主机和若干台电子智能票箱以及通信控制器组成。软件由主机控制、系统通信、选票信息采集、选票信息统计分析、结果输出打印等部分组成。智能检票箱是智能检票系统的核心设备，智能检票箱自带网络接口，视频输出接口，可以将投票过程和结果投影到现场大屏幕，增强选举的事实性、公开和透明，设备配置智能应急电源智能票箱可以应对外部电源电压突然变化或者突然断电情况，能够有效保证系统正常运行。这在实际选举中也是非常重要的备份保护措施。具有自检功能开机时票箱可以自动检测系统软硬件状态。如果有设备或系统运行不正常，系统会自动提示，并提供相应解决办法。所有数据实现本地和异地双备份 ,一旦数据有错误或缺失，系统可以自动检查数据的完整性，确保选举过程和结果安全可靠。设备具有测试、自诊断及校正功能 ,能够实现票箱系统的快速重构与恢复。实际应用中，系统具有自诊断功能，如果系统某部分出现故障，将自动切离，原有数据自动保存，并可以自动实现系统的重构与恢复。智能检票箱的选票测量和机电控制都是由光电传感器和机电控制通过一块接口板与线连接进行的。智能检票箱的功能特点是 : (1) 显著提高工作效率：以三千人的大会、每位代表两张选票为例，用人工唱票计票方式，至少需要 1个小时，而使用智能票箱，投票结束即可宣布选举结果，彻底解决了大会代表等待时间过长的问题，大大提高了会议组织者的工作效率，节省了会议成本； (2) 支持等额选举、差额选举或等额差额混合型选举； (3) 可同时实现多种选票识别：智能票箱除预置 20个选票模板外，还具有选票模板生成功能，操作简单，只须输入候选人的名称，即可自动生成选票模板；对选票纸张无特殊要求，普通打印纸或复印纸都可；选举符号用 “ ” 表示（也可以全部涂黑），符合人的自然填写习惯；支持同一张选票正反两面印制不同的选票模板，允许同时使用多种不同模板的选票，投票方向及正反面不受任何限制；另选人处理方便、快捷；可实现个性化选票，可根据选举单位的需要或喜好在选票中附上候选人的照片等 3 1 3 智能检票系统的信号采集信号的采集是把输入的模拟信号进行衰减、放大，并把模拟量转换为数字量存入信号采集系统的要求是能在宽频率范围内保持衰减系数或放大倍数的恒定，本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 32 页有较高的模数转换速率，能以水平扫描时间所规定的频率转换结果写入以信号采集电路主要由程控衰减、放大、高速 A/D，扫描时间因数。地址形成等电路以及由传感器构成的检测系统主要用来进行对选票上信息的采集。该检测系统主要包括光源、单色器、光学部件、光电探测器、电源组成。光源为检测用的各种波长混合而成的光能，常见的光源荧光灯、白炽灯、卤素灯、发光二级管等，在可见光范围内（ 380射和透射测定时，采用具有连续光谱的发光二极管；单色器的功能是把光源发出的连续光谱按波长分解为单色光；光学部件主要由小孔、毛玻璃片、聚焦透镜、狭缝组成，其一作用将光源发出的光聚焦成一光斑，准确地投射到选票表面，既增加照射光强度，又减少散光的干扰，另一方面是有效地收集被选票表面反射的光，进入光电探测器的窗口上；光电探测器将接收到的光信息转换成电信息。 1 4 课题研究的内容在智能检票系统中，控制系统是核心，负责对传感器信号采集、分析、判别和发出控制指令，决定票箱的仓门开启和关闭。智能检票控制系统分为硬件和软件控制系统，硬件控制系统是由一套机电控制接口控制着选票平稳且匀速通过光电传感器以接受扫描；控制着各个票仓门的开关，根据选票内容将有效票、无效票、另选他人的票分别送入票仓。软件控制主要有三部分组成即主程序、票箱测控程序。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 32 页 2 检票箱的总体设计 2 1 控制系统的需求分析智能检票箱的功能有自动计数、统计、报警、显示。满足这些功能的需要，我们可以考虑用微机，微控制器或是用可编程控制器控制。考虑到性能的优越性和对操作人员的要求，我选用了微控制器即单片机。单片机亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（随机存取存储器（只读存储器（输入 /输出端口（ I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机的应用已深入到国民经济的各个领域，对各行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的作用。这里采用列单片机无论是片内 I/统扩展能力还是指令系统和处理功能都非常的强。尤其是该布尔处理机，在逻辑处理和控制方面具有突出优点，并且构成工业控制器、智能仪表、智能接口以及通用的测控单元等。智能检票箱的显示器可以采用时动态显示设备工作状态，为了保护投票者的民主权利，对选票内容不显示，只显示本票箱投入选票的总票数及各类选票中的有效、无效、弃权等数据。显示器能使你现场监视计数器值，只要计数器超过编程设定的计数器值就能够立刻显示出上下限报警信息。票的设计本选票适合有七个候选人的选举情况，七个候选人的代码分别为 001、 010、 011、100、 101、 110、 111，在选票上还有计数信息，用来对选票的统计。对候选人进行同意、反对、弃权的信息，用键盘来输入。为满足以上信息，选票的票样如图示图票样图本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 32 页其中黑色代表光线通过，其余光线不通过。 2 2 系统控制功能设计在该系统中，光电传感器把选票上检测到的信号经过放大电路传给 8031单片机中，然后进行输出。具体的方案设计：本系统主要的功能是对选票进行统计、计数，包括对每个候选人得到的票数进行统计和对所有选票的计数。当选票投入票箱后，由光电传感器组成的检测系统对选票信息进行检测，并进行动态数据采集。数据的内容驻留在单片机的存储器中，另外根据选票的情况将其送入不同的票仓。为满足以上的功能，本系统需要以下几个模块：光电传感器、放大电路、外接存储器、显示、键盘、报警器，断路保护等。其控制系统的结构图如框图所示 7,9。图控制系统结构框图 8031 单片机放大电路报警器光电传感器盘电保护本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 32 页 3 控制系统的详细设计 3 1 执行机构的设计智能检票箱系统的执行机构是电机，电机上安装一个托盘，当选票落入票箱后，托盘接住选票，然后根据选票内容将选票分别送入七个候选人的票仓，另外还可以将已投入选票概况实时的显示出来 11 机的选择步进电机是一种纯粹的数字控制电机 , 即给一个脉冲信号，则步进电机转过一个步距角，它的角位移与输入脉冲数严格成正比。在本设计中需要一种能快速启动、精确步进和定位的电机，因此选用步进电机作为执行机构最为合适 8,10。进电机的分类步进电机分三种：永磁式（反应式（混合式（。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为或 15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为噪声和振动都很大。在欧美等发达国家 80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点，它又分为两相和五相：两相步进角一般为这种步进电机的应用最为广泛。步进电机的工作状态可以分成三种，这就是静态、稳态和过渡状态。它们是步进电机在工作时的基本状态，任何步进电机的工作都由这三种状态组成，下面分别简要介绍这些状态。静态是指在步进电机的磁极绕组中通以恒定的直流电流，使转子处于固定位置而不动的状态。在静态时，开关回路所输出到绕组的矩形脉冲电压频率为 0并且绕组的电流最大。由于在静态时不会进行换相，故在通电的相绕组中会产生发热现象。稳态是指开关回路输出到步进电机的换相频率为恒定的情况，转子恒速转动，这时称稳定同步状态。这种状态也分成两种情况：即极限同步状态和非极限同步状态。极限同步状态是指在一定负载条件下换相的最大频率使步进电机转子产生相应的最大转速。在这种状态中，转子旋转时是以平滑无波动的速度转动的。最大频率值只受与电机的有效负载和转子的机电报耗有关的刹车力矩所限制；非极限同步状态也称非极限稳定状态。它是指在一定负载条件下换相频小于最大频率下转于转动的状态。步进电机在非极限稳定状态时，换相频率范围较宽，它是从零到最大频率之间，当然不本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 32 页包括零和最大频率。步进电机在这个频率范围中分成三个区间：低频区、共振区、高频区。过渡状态是指步进电机从一种工作状态转变到另一种工作状态。例如从静止到转动，从转动到静止，从正转到反转，这些状态转换的过渡过程就是过渡状态。进电机的驱动电路对于步进电机的控制是通过步进电机驱动器来完成的，步进电机驱动器就是控制系统提供的弱电信号放大为步进电机能接受的强电流信号。控制系统提供给驱动器的信号主要有：步进脉冲信号、方向电平信号和使能信号。如图 741N、进电机的转速就越高，反之越低。通过改变可以实现步进电机的加速和减速。转信号，由于单片机驱动器采用了共阴方式，所以当驱动器的 2口发送的高电平，驱动器就会控制步进电机正转；若驱动器的 2口发送的低电平，驱动器就会控制步进电机反转。驱动器 1口发送的高电平时，驱动器就会控制步进电机启动或保持运行状态；驱动器动器就会控制步进电机处于无力状态。图步进电机的驱动电路图进电机的驱动器类驱动器的特性是高性价比；电压最高达 +80 20入电信号光电隔离减少电机温升；静止时电本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 32 页流可自动下降； 14种十进位和二进位的分辨率可供选择；微步分辨率可达 51,200步 /圈；适用于 4， 6， 8根引出线的电机；过流，过压，短路保护；外型精巧（ 15 97 15 97 31 驱动器连接端口 2口的功能如表 1表、 2表所示表控制信号连接端口针脚编号信号功能 1 2 3 4 5 6 5v) 5v) 5v) 5v) 脉冲信号：单脉冲控制方式时（脉冲 /方向）为脉冲控制信号，此时脉冲上升沿有效；双脉冲控制方式时（脉冲 /脉冲为正转脉冲信号，脉冲上升沿有效为了可靠响应，脉冲宽度应大于 3微秒。方位信号：单脉冲控制方式时为高 /低电平信号，代表电机转动的两个方向；双脉冲控制时为反转脉冲信号冲上升沿有效 /双脉冲控制方式设定由驱动器内部跳线排证电机可靠响应，方向信号应先于脉冲信号至少 2微秒建立。使能信号用于使能或禁止表控制信号连接端口针脚编号信号功能 1 2 3， 4 5， 6 v 直流电接地直流电源电机线圈 A(引线 A+和电机线圈 B（引线 B+和本驱动器采用差分式接口电路，增强了抗噪声能力及灵活性，此接口对控制器的单终端控制信号同样使用，差分式接口电路内置高速光耦合器，允许接受长线驱动器，集电极开路和进电机与驱动器的连接线、 6线、 8线的混合式步进电机，如图两个线圈组并联时，线圈自感应减半，电机速度明显加快，线圈串联导致自感应增大，电机运行正常，但速度较慢。本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 32 页图驱动器与电机接口图 3 2 控制系统的选择智能检票系统需要满足的功能是具有自动计数、统计、报警和显示功能，智能检票箱的控制系统包括传感器、单片机、单片机接口芯片、逻辑电路、程序存储器等。在 51系列单片机芯片有很多， 8031 需要外扩程序和数据空间，成本低。选择的单片机是 51系列的 8031， 8031单片机是列单片机中的一种，除无片内，其余特性与其功能见上文。 8031片内不带程序存储器用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路 373，外接的程序存储器多为 764系列。用户若想对写入到须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。 74带有三态门的八使能信号线态门处于导通状态，允许 1 出三态门断开，输出线 74先应使三态门的使能信号时，当存器输出（ 1态和输入端（ 1态相同；当降沿）时，输入端（ 1数据锁入 1八位锁存器中。当用 74们的可直接与单片机的锁存控制信号端降沿进行地址锁存。 1 单片机的工作原理控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号及片外取指信号51系列单片机的工作原理图如图片机工作原理图所示本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 32 页图单片机工作原理图 1 系列单片机的功能 51系列单片机是由围功能单元和统一化 I/ (1) 钟系统、总线控制逻辑部分，其中运算器和控制器，专门为面向控制对象嵌入式特点而设计，有突出控制功能的指令系统；时钟系统包含振荡器、外接谐振元件，可关闭振荡器或线控制逻辑主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制； (2) I/O 口和中器，是单片机的重要控制单元， (3) 基本功能单元 51系列单片机具有定时 /计数器、中断系统和串行接口三个基本功能单元。 51系列单片机有 2个 16位定时 /计数器，定时是靠内部分频时钟频率计数器实现的，计数是靠对 O)或 1)端口的低电平脉冲计数；中断系统有 5个中断源，即 2个外部中断源， 2个定时器溢出和一个串行中断；串行接口仅可以作串行通信，还可以用于移位寄存器方式的串行扩展 255 并行接口芯片 8255是司生产的一种通用可编程并行 I/有 3个并行端口分别称为，其中位和低 4位口两部分。它们可以通过软件编程来设置各 I/图示 8255的内部结构框图。本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 32 页图 8255 的内部结构框图并行端口位，都可被编程为输入或输出两种方式，但它们在结构和功能上有差异。位数据输出锁存器 /缓冲器和一个 8位数据锁存器，可编程为输入、输出或双向寄存器；位输入 /输出锁存器 /缓冲器和一个 8位数据输入缓冲器（不锁存），可编程为输入或输出，但不能双向输入 /输出；位数据输出锁存 /缓冲器和一个 8位数据输入缓冲器，可分为两个 4位使用。它除作输入输出口处，还可作为总线接口电路主要用于实现 8255与单片机芯片的信号连接。它由两部分组成数据总线缓冲器和读写控制逻辑。数据总线缓冲器为 8位双向三态缓冲器，可直接与、控制字和状态信息都是过缓冲器进行传送；读写控制逻辑主要是与读写有关的控制信号，主要包括电平有效，入低电平有效，入高电平有效。 A、组控制和在一起构成 8位控制寄存器，用于存放各端口的工作方式控制字。 8255的工作方式共有三种 :即方式 0、方式 1、方式 2。方式 0是基本输入 /输出方式，适用于数据的无条件传送，也可以人为指定某些位作为状态信息线，进行查询式传送。方式 1是选通输入 /输出，的数据输入输出都具有锁存功能。方式2是双向数据传送方式，适用于查询或中断方式的双向数据传送。如表 255端口本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 32 页寻址和操作表为 8255 各端口组合功能表。表 8255端口寻址和操作表 D 1 道选择与操作功能 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线控制寄存器数据总线呈高阻态非法条件数据总线呈高阻态 3 3 光电传感器的选择电传感器的介绍光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此 ,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛 14 电传感器的分类光电传感器按照光电效应的类型分为： (1) 在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等； (2) 在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等； (3) 在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。光电传感器种类很多，常见的四种光电传感器是光电管、光敏电阻、光电池、光敏三极管。光电管是利用外光电效应制成的光电元件，其外形和结构为半圆筒形金属片制成的阴极封装在抽成真空的玻璃壳内，由于光电管灵敏度差，所以后来又研制了具有放大光电流能力的光电倍增管；敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与否的感应（数字量）以及光强度的测量（模拟量）等领域。它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光电流流本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 32 页过。这种阻性特征使得它具有很好的品质：通过调节供应电源就可以从探测器上获得信号流，且有着很宽的范围。光敏电阻是薄膜元件，它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在光电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之间，做的狭小、交叉，使得在适度的光线时产生较低的阻值；光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。光电池的种类很多，有硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓光电池等，其中应用最广泛的是硅光电池，因为它有一系列优点，例如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高，能耐高温辐射等。另外，由于硒光电池的光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以很多分析仪器、测量仪表也常用到它。光电传感器的选择原则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。光电传感器的选择原则如下 : (1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型； (2) 灵敏度的选择。传感器的灵敏度是有方向性的，当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其他方向灵敏度小的传感器，如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好； (3) 频率响应特性。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好； (4) 线性范围。传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度； (5) 稳定性。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化； (6) 精度。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高； (7) 其它。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 32 页感器。使自制传感器的性能应满足使用要求。电传感器的确定光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管如图敏二极管和光敏三极管图所示，它们的工作原理也是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体上，参与了光电转换过程。光敏二极管的结构和普通二极管相似，只是它的线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态；光敏三极管有两个，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。它的集电结反向偏置，发射结正向偏置。无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子 (电子 )将大量注入基区，由于基区很薄，只有小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流。这样集电极电流将随入射光照度的改变而更加明显地变化。在智能检票箱中光电传感器采用双边光电测量结构和一个方向扫描器件，可以正、反、前、后 4 个方向将选票任意投入，因此选票输入方式和普通票箱基本一致。图敏二极管和光敏三极管图光敏晶体管的特性有： (1) 光谱特性在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光敏晶体管的光谱特性，见图谱特性图所示，由曲线可以看出，当入射光波长增加时，相对灵敏度要下降，这是因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光波长太短时，本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 32 页光波穿透能力下降，光子只在半导体表面附近激发电子空穴对，却不能达到此相对灵敏度也下降。从曲线还可以看出，不同材料的光敏晶体管，光谱峰值波长不同。硅管的峰值波长为管的峰值波长为 m 左右。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管性能较差。因此在探测可见光或红热物体时，多采用硅管。但对红外光进行探测时，采用锗管较为合适； (2) 伏安特性光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就像普通三极管在不同基极电流下的输出特性一样，如图安特性图所示。在这里改变光照就相当于改变一般三极管的基极电流，从而得到这样一簇曲线； (3) 光电特性它指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流和光照度的关系。一般说来，光敏二极管光电特性的线性较好，而光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加较小，并且在光照足够大时，输出电流有饱和现象。这是由于光敏三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都下降的缘故； (4) 温度特性温度的变化对光敏晶体管的亮电流影响较小，但是对暗电流的影响却十分显著，如图度特性图所示。因此，光敏晶体管在高照度下工作时，由于亮电流比暗电流大得多，温度的影响相对来说比较小。但在低照度下工作时，因为亮电流较小，暗电流随温度变化就会严重影响输出信号的温度稳定性。在这种情况下，应当选用硅光敏管，这是因为硅管的暗电流要比锗管小几个数量级。同时还可以在电路中采取适当的温度补偿措施，或者将光信号进行调制，对输出的电信号采用交流放大，利用电路中隔直电容的作用，就可以隔断暗电流，消除温度的影响； (5) 频率特性光敏晶体管受调制光照射时，相对灵敏度与调制频率的关系称为频率特性。如图率特性图所示，减少负载电阻能提高响应频率，但输出降低。一般来说，光敏三极管的频响比光敏二极管差得多，锗光敏三极管的频响比硅管小一个数量级。本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 32 页图光谱特性图图伏安特性图图温度特性图图频率特性图光敏晶体管可以工作于光伏模式，也可以工作于光导模式。光照情况下光敏二极管的电流电压关系为 :I = 中 q、 k、尔兹曼常数和热力学温度。当光敏二极管工作于光导模式，存在暗电流；当光敏二极管工作于光伏模式，暗电流为零。光敏二极管的开路电压随光照强度的增加，成对数式增大，当光强在一定范围内变化时，开路电压随光强变化的斜率很大，但是电压不是随着光照强度的增强无限增大，而是有一个极限值，开路电压随光照的变化如下图路电压随光照变化图所示。本科毕业设计说明书（论文）第 20 页共 32 页图开路电压随光照变化图由上图很容易看出，光敏晶体管的输出电压很小，光敏晶体管采集的信息若要接入单片机需要进行放大，因为单片机工作的电压一般为 5V。 3. 4 控制电路的设计耦合放大电路发光二极管光电隔离放大电路是利用光电二极管在信号和电源两通路之间提供可靠的隔离。低成本小型化变压器耦合的隔离放大电路，其片内采用两个高效小型环行变压器，在信号和电源两通路之间提供可靠的隔离。二极管成 I/用了放大反馈电阻，这里采用高阻抗、低偏流运放是为了减小运放偏流对光电检测精度的影响， I/00反馈电阻 00其增益为位电路复位电路主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制，外部引脚有统复位用；内部程序存储器选择；位电路图如图示。图复位电路图光报警电路报警声和闪光灯同时作用，只要计数器超过编程设定的计数器值就能够立刻显示本科毕业设计说明书（论文）第 21 页共 32 页出上下限报警信息。声光报警电路如下图图声光报警电路图计、显示电路的设计首先对显示器和键盘做简单的介绍。常见的七段显示器的是由 7个发光二极管 a 个笔画的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但是控制简单，使用方便。在本系统中采用 6位四位显示对应为选票输入信号所对应的通道，低二位用来显示票数。对于多位示器，通常采用动态扫描的方法进行显示，即逐个地循环点亮各位示器。 8155的每一位对应 1 个位选通，通过扫描方式分时每次选通 1 个亮，从而实现动态显示。通过 7407 是为了增强它的驱动能力 ,而上拉电阻说明它是以灌电流的形式连接 ,一方面 7407驱动能力允许 ,另一方面 ,应该是起保护为了保护投票者的民主权利，对选票内容不显示，只显示本票箱投入选票的总票数及各类选票中的有效、无效、弃权等数据。键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，操作员可以通过键盘输入数据或命令。 8155 芯片的与键盘输入是采用一键一位的对应方式设计的，因此，询是否有键动作是十分方便的。投票人可以对候选人进行同意、反对、弃权的选举。为满足以上的功能，设计的电路如图计、显示电路图所示。本科毕业设计说明书（论文）第 22 页共 32 页图统计、显示电路图测电路的设计检测电路主要用来对选票上信息的采集，主要由 8255并行接口， 8255的光敏晶体管的输出信号很微弱，所以必须将信号放大，如图相放大型电路图所示，该放大电路为同相放大型电路。图同相放大型电路图 (1) 电路的组成输入电压i通过电阻本科毕业设计说明书（论文）第 23 页共 32 页是电路的反馈网络。因该网络的一个子端与输出端子接在一起，另一个端子没有与输入端子接在一起，根据反馈组态的判别方法，可得该电路的反馈组态是：电压串联负反馈。电压反馈可稳定输出电压。 (2) 电压放大倍数同相比例放大器是属于电压串联负反馈放大器。利用“虚断”和“虚短”的概念可分析输出电压和输入电压的关系。根据“虚断”的概念可得 0 NP (根据“虚短”的概念可得 01 1(根据电压放大倍数的表达式可得 10 1 (式 (明输出电压和输入电压的大小成比例关系，且位相相同，这也是同相比例远算放大器名称的由来。控制

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