光电传感器计数课设_图文

1、传感器原理及应用课程设计目录1：设计题目 2：设计要求3：题目分析4：整体构思5：具体实现和定性说明6：在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施7：设计心得体会8：参考文献9：附录传感器原理课程设计1：设计题目：基于单片机的工业产品自动计数器 一般大型工厂日产产品上万件, 为及时掌握产品的装箱率、日产量等指标,需要在产品生产线的多个环节上安装计数器, 每当产品通过计数器时,就会被计数器的传感器检测到,产品个数自动加1。用的传感器有电涡流式接近开关和光电开关。接近开关通过检测产品计数。 光电开关有光束发射端和接受端, 如发射端与接受端位于同一侧, 产品通过时就会将发射的光束反射回来, 被接受端接受

2、到, 开关状态改变, 计数电路检测到状态变化而计数; 如发射端与接受端相对, 产品通过他们之间时, 光线被遮, 改变开关状态。本文采用后一种光电开关。 普通的光电传感器在自动计数、光电报警等方面具有广泛应用，但本文介绍的智能光电传感器不同于普通光电传感器，其不同点是：可以去除产品的抖动对计数的影响，原理同键盘的去抖动。2：设计要求(1数码管可以显示产品个数（0-99），自由设定产品报警个数（比如 8），当产品数目是8的个数时，发出报警（蜂鸣器响）。(2独立设计电路，应包括单片机小系统、红外光电开关、数码管显 示部分。(3整个系统有较强的抗干扰能力(4将计数值准确的显示出来3：题目分析在此所做的

3、分析均是对修改后的题目的分析。按2.2中对整体电路分成的六大块，我们做一一分析、提出方案。对于电源部分，就是把交流电网的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还会随电网电压的波动（一般有10%的波动）、负载和温度的变化而变化。因而再整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用就是电网电压的波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。红外发射部电路主要由起限流作用的电阻、滤波作用的电容器、选择电流方向导通的二极管、红外线发射二极管及定时器电路等组成。其中定时

4、器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，是红外发射电路的中心。有上述电路发出的光一般不像太阳那样每一个空间角都有光线，但也绝非是平行光。红外接收部分，主要由两个光电二极管（也可以用两个光敏电池）、限流电阻、上拉电阻、其滤波作用的电容器、两个电压比较器等组成。两个光电二极管（接收信息的作用）之间的距离应小于物体的长度，只有这样才能提高系统的稳定性。值得一提的是光电二极管接受光的波长有一个峰值，如果某光的波长和此峰值差别太远，由于吸收量太少可忽略不计。事实上红外接受电路就像一个完整的传感器系统，两个光电二极管是敏感元件，后面的（不含电压比较器）是测量电路，得到的是模拟量，由于单片机只能处理数字

5、量，所以还要进行数模转化，但是这样的数模转化又不需要太高的分辨率，没必要有专门的芯片（如ADC0809、AD574A等），只要两个电压比较器便能做到。时钟振荡电路又称为多谐振荡器，主要是有定时器组成。由于定时器的内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路的形式，用定时器组成的多谐振荡器的震荡频率受电源电压和温度变化的影响较小。使得此时钟振荡电路应用相当广泛，比如电脑就是用此作为振荡电路的。对于复位电路，常用的复位电路有分立元件复位电路和专用集成复位电路。其中分立元件复位电路有上电复位电路和上电复位加手动复位电路两种，在实际应用中，单片机系统常常需要人工干预，强制系统复位，一般常用具有手动复位功能的

6、上电复位电路。单片机常用的显示器件包括发光二级管（LED）、数码管和液晶显示模块等。数码管是由多个LED作为笔画字段的组合型显示器件，使用时通过点亮不同的LED组合成不同的数码字型。数码管的显示分为静态显示和动态显示，由于静态显示浪费单片机的端口，所以采用动态显示，数码管的动态显示是通过程序在运行过程中对每一位数码管轮流驱动，交替点亮实现的。利用了人眼视觉停留的原理，只要时间够短就会觉得一直在点亮。数码管再点亮时必须有驱动电路，常用的有74LS240、ULN2003等。对于单片机的计数并不是利用单片机的内部定时器计数器，而是用“INC”指令当外部来一个中断时对单片机内部某一工作寄存器（比如R0

7、）里面的数加一，然后对其进行除法运算便可以得到现在产品装箱的个数等。当然也可以模仿不同进制加法的运算过程，把个位的进制设置为小箱子里产品的个数，十位的进制设置为大箱子里小箱子里的个数。通过“DJNZ”指令判断箱子是否装满。报警部分可以有蜂鸣器构成，通过改变输入蜂鸣器电流平均值的大小来改变其声音的大小、通过改变此信号的频率来改变其音频的大小。由于蜂鸣器外加电压的大小不能改变，所以要改变声音的大小只能通过PWM调试，其方法有三种，最常用的是定频调宽法，因为这种方法不能是系统引起“共振”。若改变信号的频率，可以蜂鸣器的音频，但怕某一音频的频率和系统的固有频率相同。所以我们不改变蜂鸣器的音频，只改变其

8、声音的大小。即使用PWM调制原理来时报警声音不同，可以应用单片机延时、循环来做到。另一方面，工厂在加工产品是声音都非常大，报警用蜂鸣器感觉有点不太适合，可以采用闪光电路，但是由于篇幅有限，不做说明。至此，单元电路已经全部了解，上面的电路块看似没有多大的联系，其实对于整体电路来说是缺一不可的，电源部分为整个电路供电、红外发射和接收部分是整个信息的来源、单片机是核心、振荡电路是单片机的“心脏”、而报警电路是系统的输出信号。4：整体构思通过题目的分析，整体方案框图如下：晶振电路报警电路直流电源供电电路对于上面的方案框图，有下面不同单个电路的方案。（1）红外接收电路不同方案的选取方案一：产品接受管A发

9、射管A接受管B发射管B图1:检测原理图如图1 所示,四只管子位于同一平面内,发射管A、B 分别对准接受管A、B ,产品的尺寸应大于发射管A 与接受管B 之间的距离。计数器内部设一标志, 产品未进入发射管A与接受管A 之间时, 两束光线均被接收, 管A、B均导通, 标志置0 , 当产品继续运动遮挡住一束光线时,标志不变。当同时遮挡住两束光线时,标志置1。当产品离开,两束光线未遮挡时,标志置0 ,这时计数器个数加1。由于产品遮挡住一束光线时, 标志不变, 因此产品进入传感区域发生抖动时,不会影响标志,从而保证准确计数。但是，电路较复杂，成本高，不利于集成。方案二：产品发射管接受管图2:检测原理图如

10、图2所示,两只管子位于同一平面内,产品的尺寸应大于发射管与接受管之间的距离。计数器内部设一标志, 产品未进入发射管与接受管之间时,光线没有接收,标志置0。当有产品经过时,光线被接收，标志置1。这种方法不仅节省光电开关，还方便固定，利于集成。通过上面的比较，我们采用方案二，因为方案二不仅节省元件，利于集成，而且在安装时不需要在产品两边都安装光电器件，避免了因产品的宽度不同，使得计数器不通用。（2）电源电路的选取为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路

11、电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我们选择第二种方案（3）显示器件的选取该系统要求完成倒计时、信息提示等功能。单片机常用的显示器件包括发光二级管（LED）、数码管和液晶显示模块等。数码管是由多个LED作为笔画字段的组合型显示器件，使用时通过点亮不同的LED组合成不同的数码字型。这种方法最常用，但当点亮多个数码管是，电路复杂，编程困难。对于发光二极管，虽然电路、编程简单，但是显示的数量太少，另一方面，不利于获取显示信息。综上所述，用数码管显示。5：具体实现和定性说明（1）红外光电传感器电路：红外光电传感器采用E18-B0

12、3N1型号，该红外光电传感器使用简单，有三根引脚，棕色接VCC正极，蓝色接GND负极，黑色接单片机P3.3口。原理如下：红外传感器没有检测到外部信号时处于高电平状态，当检测到外部物体时有高电平状态变为低电平状态，通过与单片机连接单片机I/O接收检测的高低电平变化。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

13、内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。（2）电源部分：220V交流电经过变压器降压成6V，经过桥式整流器整流，C1滤波，成为约4V直流电，再经三端稳压集成电路W7800稳压，形成5V稳定直流电，作为发射，接受电路和显示报警电路的工作电源。如下图所示：图3:电源原理图电源部分，就是把交流电网的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必

14、须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还会随电网电压的波动（一般有10%的波动）、负载和温度的变化而变化。因而再整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用就是电网电压的波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。图4:W7800原理图（3）单片机显示和计数部分计数显示部分如图5所示。基本原理为当红外检测部分检测到有产品经过时，红外接收电路输出口将产生一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制。计数控制部分是将计数脉冲（负脉冲有效）送入单片机中断入口的INT0入口，经过单片机内部对这个中断信号进行计数编程构成。然后通过数码管进行显示，由于篇幅有限，不对单片机

15、的各部件进行介绍。主要是说明一下编程。图.5:单片机最小系统电路图考虑到，用C语言编程不是太精确，所以用汇编语言编程。程序的结构可以有两种，一种是循环判断，另一种是顺序结构，由于顺环结构太复杂，在这里用顺序结构。把红外接收电路输出端接到单片机的外部中断0，必须要采用下降沿触发。一次中断对锁存器R0加一，对R0中的数进行处理，正如前面所述，若把大箱子里小箱子的个数设置为4，小箱子里产品数为8.，则应先对R0中的数除以8，若余数为零，表示小箱子装满，进行报警。其次再拿商除以4，若余数为零，表示小箱子装满，进行报警。把每次除数的余数（分别是大箱子里小箱子的个数、小箱子里产品的个数）和第二次的商（大箱

16、子的个数）用数码管显示。报警声音要求不同，改变信号的频率，可以蜂鸣器的音频，使用PWM调制原理来时报警声音不同，可以应用单片机延时、循环来做到。程序的流程图如下所示。开始中断入口对R0加一若余数等0用R0中的数除以8报警若余数等0商除以4报警显示返回（4）报警部分报警部分电路图如图6所示，通过改变输入蜂鸣器电流平均值的大小来改变其声音的大小、通过改变此信号的频率来改变其音频的大小。由于蜂鸣器外加电压的大小不能改变，所以要改变声音的大小只能通过PWM调试，其方法有三种，最常用的是定频调宽法，因为这种方法不能是系统引起“共振”。若改变信号的频率，可以蜂鸣器的音频，但怕某一音频的频率和系统的固有频率

17、相同。所以我们不改变蜂鸣器的音频，只改变其声音的大小。即使用PWM调制原理来时报警声音不同，可以应用单片机延时、循环来做到。 事实上电路中不接入三极管也能实现报警的作用，但是声音特别小，三极管在电路中起到放大电流的作用。图.6:报警电路（5）时钟振荡电路和复位电路部分：用555定时器构成的时钟振荡电路是最常用的时钟振荡电路，其中555定时器为其核心芯片。555定时器的内部电路有分压器、两个电压比较器、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图有图7（a）所示。(a555定时器内部结构 （b）外部接线图图7:用555定时器构成多谐振荡器用555定时器组成的多谐振荡器如图7（b）所

18、示。接通电源后，电容C被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过和T放电，下降。当下降到时，翻转为高电平。电容C放电的时间为当放电结束时，T截止，将通过、向电容C充电，由上升到所需的时间为当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为由于555定时器内部的比较器灵敏度较高。而且采用差动式连接，用555定时器组成的多谐振荡器的震荡频率受电源电压和温度变化影响较小。对于复位电路，常用的复位电路有分立元件复位电路和专用集成复位电路。其中分立元件复位电路有上电复位电路和上电复位加手动复位电路两种，在实际应用中，单片机系

19、统常常需要人工干预，强制系统复位，一般常用具有手动复位功能的上电复位电路。如图8所示。图.8:上电复位+手动复位电路（6）实验程序代码：ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP ZDORG 000BHLJMP XSORG 0100HMAIN:MOV SP,#60HMOV 50H,#00H；定义四个数据缓冲区MOV 51H,#00HMOV 52H,#00HMOV 53H,#00HMOV R0,#50HMOV R1,#0FEHMOV R2,#04HMOV R3,#00HMOV TMOD ,#01H；中断T0中断初始化MOV TL0,#18HMOV TH0,#0FCHSETB

20、ET0SETB TR0SETB EX0SETB IT0；外部中断下降沿触发SETB PX0；设置外部中断优先级高SETB EALJMP $XS:MOV TL0,#18H；显示程序MOV TH0,#0FCHMOV A,R0MOV DPTR,#DMBMOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#0FFDCHMOVX DPTR,AMOV A,R1MOV DPTR,#0FFDDHMOVX DPTR,AINC R0MOV A,R1RL AMOV R1,ADJNZ R2,ZDT0；判断动态显示是否够一轮MOV R0,#50HMOV R1,#0FEHMOV R2,#04HZDT0:RETIZD:INC R3

21、；如果有中断，先将R3中的数加一MOV A,R3；计算要显示的数MOV B,#8DDIV ABMOV R4,AMOV A,BMOV 53H,AMOV B,#04HMOV A,R4DIV ABMOV R4,AMOV A,BMOV 52H,AMOV B,#0AHMOV A,R4DIV ABMOV 50H,AMOV A,BMOV 51H,AMOV A,53H CJNE A,#00H,ZDX0；判断小箱子是否装满BJ:LCALL YS；装满报警程序CPL P1.7LCALL YSDJNZ R6,BJZDX0:RETIYS:MOV R5,#08D；报警用的延时子程序LOOP1:MOV R6,#36DNO

22、PLOOP2:DJNZ R6,LOOP2DJNZ R5,LOOP1RETDMB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8HDB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0BFHEND6：在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：在实验过程中，我主要的任务是焊接最小系统版和电路板，给我最深的印象是焊接的过程中一定要细心，有正负极的一定要看清，否则焊接上后是很难再取下来，在我焊接最小系统板的时候，遇到最难的问题是我没有注意到焊接时一不小心把多余的锡滴到最小系统板其他部件的焊孔内，让我非常痛疼，自己在那整了好长时间才将焊锡弄掉，采取的主要

23、方法是用焊烙铁在那孔上停留一段时间，等锡熔化后，在另一面用细的圆规针尖穿透就可以了。真正令人头疼的是焊接电路板，在我们设计好电路时，了解到数码管各个引脚之后我就开始设计电路的排线方法，由于电路板比较小，我们排线的电路不能太大，刚开始本以为用皮线焊接比较简单，但是在焊接的过程中发现焊接的温度较高，能够将皮线熔化，导致短路，辛辛苦苦焊接好了三分之一，不得不取下重新焊接，最后选择了用全焊锡的方法来焊接，这样焊接不仅要求焊接技术较高，而且要很细心，幸亏我以前在电子厂实习过，在里面做的焊工，技术对我来说基本没有什么问题，最难的就是引线，一不小心就会将两条线练到一块，这样就必须将两条线重新焊接，最后我采用

24、用焊烙铁的尖头一点一点的引线，才将我们的电路板完美的焊好。7：设计心得体会这次课设虽然是短暂的，但却让我学到了很多东西。学到了除了书本之外的很多东西，同时让我们将理论和实际相结合。在课程设计期间我学到了很多知识和技巧，而最重要的就是学到了科学试验中的不可缺少的毅力和耐心。在我们设计的过程中，我们原先采用的是用两个发送，两个接收部分的光电传感器，这样可以消除机械的抖动，使计数器计数更加准确，但由于学校给提供的是发送收一体的光电传感器，我们也只好采用这样的传感器，因为这样的传感器使用的方便简单，所以我们设计的思路也就比较明确。课程设计不仅考的是学生的课本掌握的知识，而且让我们学到了怎样去查资料，传

25、感器的应用非常广泛，我只能说我们现在的课程设计对我们来说远远不够，以后的学习还需要我们不断的努力.8：参考文献1 倪晓军、章韵编，清华大学出版社，单片机原理与接口技术教程，20092 康华光主编，高等教育出版社，电子技术基础（数字部分），20053 康华光主编，高等教育出版社，电子技术基础（模拟部分），20054 常建、程续鸿编，西安电子科技大出版社，传感器原理及工程应用，20085 陈伟，基于单片机的产品自动计数器，宜宾学院，20079：附录 附录一：常用光敏电阻的规格参数规格型号最大电压(VDC最大功耗(mW环境温度（）光谱峰值(nm亮电阻（10Lux(K暗电阻（M）100 10响应时间m

26、S照度电阻特性上升下降3系列GL351610050-30+705405-100.60.530302GL352610050-30+7054010-2010.630303GL3537-110050-30+7054020-3020.630304GL3537-210050-30+7054030-5030.730304GL3547-110050-30+7054050-10050.830306GL3547-210050-30+70540100-200100.9303064系列GL451615050-30+705405-100.60.530302GL452615050-30+7054010-2010.630

27、303GL4537-115050-30+7054020-3020.730304GL4527-215050-30+7054030-5030.830304GL4548-115050-30+7054050-10050.830306GL4548-215050-30+70540100-200100.9303065系列GL551615090-30+705405-100.50.530302GL5528150100-30+7054010-2010.620303GL5537-1150100-30+7054020-3020.620304GL5537-2150100-30+7054030-5030.720304GL5539150100-30+7054050-10050.820305GL5549150100-30+70540100-200100.920306GL5606150100-30+705604-70.50.530302GL5616150100-30+705605-100.80.630302GL5626150100-30+7056010-2020