流水线产量统计系统设计

目录

摘要..................................................................................II

Abstract....................................................................................................................................................................................Ill

第一章绪论...............................................................................4

1.1研究背景..........................................................................4

2.2国内外研究背景...................................................................4

第二章总体设计...........................................................................6

2.1产品产量统计系统的基本结构.......................................................6

(I)重量复位系统..................................................

(2)重量检测器.....................................................

(3)重力测量显示和输出测量数据....................................

2.2产品产量统计系统工作原理.........................................................6

2.2总体方案设计.....................................................................6

第三章硬件设计...........................................................................8

3.1单片机主控单元的设计.............................................................8

3.1.1单片机引脚说明.............................................................8

3.1.2AT89S51最小系统设计.......................................................10

3.2HX711数据采集模块设计...........................................................11

3.3LCD1602显示电路模块设计........................................................13

3.4蜂鸣器...........................................................................15

第四章软件设计..........................................................................16

4.1主流程图........................................................................16

4.2LCD1602液晶显示驱动程序.........................................................16

4.3A/D转换器HX711采样程序........................................................17

4.4键盘程序.........................................................................18

4.5报警驱动程序.....................................................................18

第五章调试..............................................................................19

5.1安装调试的设备...................................................................19

5.2元件的安装焊接与系统调试........................................................20

5.2.1电路的焊接.................................................................20

5.2.2系统的调试................................................................20

5.3测试结果及分析..................................................................21

第六章总结..............................................................................22

I

摘要

伴随着工业自动化生产的不断发展，在各类生产领域和其它重要场合对于自动计数

都有着重大的需求。基于单片机的自动计数器具备结果可靠和成本较低等众多优点，已

经深入应用到多个领域中。自动检测形式有多种，通常包括接触式和非接触式等。其中

接触式产品检测由于其优秀的性能己经成为市场应用的主流。

此次设计采用5TC89c52单片机作为控制系统的核心，选择重量感器作为检测装置，

并且利用LCD实时显示检测的结果。该系统的优点就是结构简单、操作方便并且可靠性

较高。设计的思路是就是通过传感器检测物体产生计电压差送入到单片机内，随后经过

单片机处理后再通过LCD实时的显示计算结果，最终实现对流水线产品产量的统计显示。

关键词：红外检测；自动计数；单片机；LCD显示屏

II

DesignofProductionLineStatisticsSystem

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofindustrialautomationproduction,thereisagreat

demandforautomaticcountinginvariousproductionfieldsandotherimportantoccasions.

Theautomaticcounterbasedonsinglechipmicrocomputerhasmanyadvantagessuchas

reliableresultsandlowcost,andhasbeenappliedinmanyfields.Therearemanykindsof

automaticcounter,includingcontacttypeandnon-contacttype.Thecontactlessinfrared

counterhasbecomethemainstreamofmarketapplicationbecauseofitsexcellent

performance.

STC89C52isusedasthecoreofthecontrolsystem,infraredsensorischosenasthe

detectiondevice,andtheresultsofthetestaredisplayedinrealtimebyLCDdigitaltube.The

advantagesofthesystemarcsimplusliuulurc,uoiivciiiciilopuralionandhighreliability.The

designideaistogeneratecountingpulsethroughsensordetectionobjectandsenditintothe

MCU,thenafterprocessingbyMCU,andthendisplaythecalculationresultsinrealtime

throughLCDdigitaltube,andfinallyrealizethestatisticaldisplayofproductionlineproduct

Keywords：infrareddetection;utomaticcounting;microcontroller;LCDdigitaltube

III

第一章绪论

1.1研究背景

自动化的时代社会，许多制造商在生产经营几乎用于流水线技术，但在这个过

程中，如何进行有效和稳定的计算是非常关心所有制造商。传统的柜台有很多的

不足之处，如复杂的系统导致更高的失败率，和高成本，等等，因为单一功能,使得很

少的场景。所以可以实时计算和精确、可靠和稳定的基于单片机为控制核心的自

动计数装置，成为广大制造商的首选。

当下，由于单片机的出色性能，使得基于单片机技术的产品在我们的日常生

活领域非常常见。单片机的出现，极大地方便了工程师们对各类电子产品控制系

统的设计，而且非常有利于各类产品功能的进一步扩展。电子计数器是一种多功

能的电子测量仪器，它通过对输入重量计算来实现对物体好坏的技术。单片机由

于其紧凑的结构和强大的性能，以及较低的成本，目前依然成为工业生产技术、

智能化测量和控制产品的进步和发展的一个重要手段。

计数器在现代化工业化生产中拥有举足轻重的地位，它能极大地帮助产品生

产过程中实现精确、高效、实时地进行生产，促进了生产效率的提高，是很多厂

家都会选择的生产装置。但是计数器种类繁多，如何正确选择一种既方便又具有

多功能的计数器就成了广大厂家十分关心的一个核心问题。单片机也被称为微控

制器0,主要是CPU,内存,计时器，各种各样的进口和出口设置由硅的制备在同

一块,这些组件的性能结构紧凑、微机系统。主要用于工业控制系统开始，最初的

设计是外围设备的数量和CPU芯片合成为一条，降低计算机系统,体积小的要求

控制设备可以更加适用，单片机有四和八两种形式,性能和应用程序是一个最好

的INTEL8031,单片机结构简单,稳定的工作能力很好，收获很多的赞美。人后和

发展基于MCS51系列单片机。今天，在我们的日常生活中使用大多数电子产品有

单片机的图。

2.2国内外研究背景

王松林在《基于单片机的可辩向计数器》提到重量检测是目前工业生产领域

重要的生产工具，它的实时性、高可靠性和计数的精准性为工业生产效率的提高

贡献路很大的帮助⑴。不过由于当前的计数器种类繁多，如何选择一个更加合适

的计数器，让它成为生产流水线上的一把利器是广大工程师们最为关心的一个问

题。

4

陈永甫在《重量检测与控制电路》提到基于单片机的重量检测由于其紧奏的

结构、稳定性和精确性都非常高且成本较低等特点，被广泛应用于工业生产的众

多领域中⑵。

李朝青在《单片机原理及接口技术》中目前市面上最为常见的计数器都是非

接触式的，并且为了满足不同的场景需求已经开发出了许多对应的检测芯片⑶。

但是如何进一步的提高计数器的稳定性、抗干扰性和计数的准确性是这类企业共

同关心的问题

5

第二章总体设计

2.1产品产量统计系统的基本结构

产品产量统计系统是一种测量工具，利用物体的重力来确定物体的质量或其

他对象的大小，参数或特性，产品产量统计系统是由三个部分组成的

⑴减重系统

可以测量对象和产品输出统计信息系统之间传输的重量，俗称规模。这部分

通常包括轴承设备,桥立衡，连接系统和悬架系统。

(2)重量探测器

它是将电信号转换为电信号的主要设备,也有助于重力成适合评估电力或其

他信号。根据重量传感器的结构的类型，它可以分为直接位移传感器。和使用物

理形变传感器的影响。重量传感器的基本要求是唯一值匹配，输出功率和输入的

质量，高灵敏度，指控对对象的状态影响很小,在恶劣的工作条件下具有良好的稳

定性和可靠性。

(3)重力测量数据显示和输出

本节包括重力传感器信号处理电路和辅助组件,这部分通常被称为重量计或

数字测量电路，辅助设备通常包括诸如放大、滤波、操作、转换、计数、记录、

控制和显示控制组件等。

2.2产品产量统计系统工作原理

当你把物体重量，质量将会转移到加速度计，产生的力-电效应，将物体的质量

转化为电信号，往往会对象重量转换成电信号,并要求在精确的线性放大的信号处

理电路，将扩大模拟电压转换为数字信号，然后传送到一台计算机的主要控制电路,

计算机将继续寻找键盘和开关函数，基于键盘和开关状态来确定行动的不同的功

能来执行，如果有必要，请使用工具软件计算结果将被发送到存储库。

2.2总体方案设计

根据基本要求，系统可分为五个数据采集模块，最小系统模块、报警模块、键

盘和一个数据采集模块,这些模块包括重力传感器和l/d转换电路，由AT89S51单

6

片机单处理器键盘，用于控制产品类型和显示信息，如价格。LCD1602液晶与c语

言显示当前产品名称，价格，重量，和总价格,允许您使用产品名称，价格，重量，和总

价格，和其他功能，之间的设计包括0到5公斤体重，过载报警范围在0.001克之间。

系统工作:物体的重力将转向首当其冲的压力传感器，压力传感器可以改变电

压,然后将电压值发送到A/D转换电路，将模拟数值，并通过最小的AT89S51单片

机单片机系统、复位电路和外围设备，本文使用LCD1602液晶显示电路设计，产品

设计输出统计信息系统使用C语言编程软件控制部分

7

第三章硬件设计

3.1单片机主控单元的设计

3.1.1单片机引脚说明

图3-2单片机AT89S51单片机是40针,AT89s51单片机原理图，介绍了港口功

能。

VCC/接地:接地

P0:P0是高阻抗的双端口I/O端口,可以使用内部Flash编程中使用外部存储

器锁定模式，因此在接收字节，验证，和输出指令应该连接外部阻抗。

港nPI：PI是一个8位双向i/o端口，内部具有较高的抗拉强度.如果端口

设置为1,输出可能会存更高的抗拉强度在4TTL,强度是扩展端口到指定的高度;

此外,pll.O和pll.l也可以用作外部定时器/计数器2(P1.0/T2)和输入触发输入/

T2前(P11.1)为了获得内部flash编程解决低8位的信息。

P2:P2是8位内部抗拉强度高的双向I/0端口，如果端口设置为1时，输出端

口可以扩展到有较高的抗拉强度在4TTL指定高度,如果外部存储可以通过内部

Flash内存访问，输出端口P2为高级地址。

P3:P3内部抗拉能力高的8位双向I/O端口，如果端口设置为1时，可能导致

4TTL更高的内部抗拉强度被指定为一个高绩效水平，并且P3功能的重复使用情

况见表3-1：

表3-1P3口引脚功能复用

8

P3.0出行通讯输入(RXD)

P3.1串行通讯输出(TXD)

P3.2外部中断0(INTO)

P3.3外部中断1(INT1)

P3.4定时器0输入(TO)，

P3.5定时器1输入(TD:

P3.6外部数据存储器写选通WR|

P3.7外部数据存储播写选通RD

RST:如果振荡周期(24个振荡周期)中的该接点出现两个以上的机器周期，则

当PIN保持高，并且所有P3端口都重置为1时，当从高电平切换到低电平时，

计数器和SFR的特殊功能寄存器将被完全删除；

XTAL1,此时假定酒部振荡器XTA11输入,XTAI2外部振荡器输出点，必须添加

到处，此时直接向外部振荡器，并暂停内部时钟发生器模式,振荡器的频率分为两

个，如果晶体谐振电路，时钟频率是6MHZ晶体电路频率，可以选择1MHZ至24

MHZ,大约30pf电容器可能需要；

向下风/学监输出向下风(允许地址锁)是用来锁最低当访问外部存储器地址

字节,但端点发送一个固定频率脉冲振荡器频率(1/6),即使外部存储器也不可用；

PST:外部程序AT89S51单片机外部存储器存储为选择通信数量的点,每个问

题两个脉冲周期的机器，这意味着没有脉冲，当访问外部数据存储；

EA/Vpp:允许外部存储器、外部访问发起者访问程序必须使用低水

平;AT89s51单片机外部访问内存地址(0000h-FFH)必须保持在低水平阶段。

9

图3-2单片机AT89s51引脚图

3.1.2AT89S51最小系统设计

最小系统或单台计算机最小应用系统是使用系统的最小元素。的最小系统由

51系列单处理器电路、复位电路、微处理器、水品和最小系统电路原理图，如

图3-3所3：

图3-3单片机最小系统图

单片机AT89s51单片机，它的最低系统要求是电源、时钟、复位电路,因为我

们的程序内存使用内置的闪存(ROM),所以EA端口通过高水平。

10

微处理器系统上运行时，它需要重置微处理器内部寄存器，以便每个寄存器值

设置为储备货币地位，能够成功地启动复位电路的基本功能是系统启动复位，复位

电路可以用于系统的鲁棒稳定性，直到特殊复位电路，可以根据电阻器和电容器或

创建的复位电路可靠性和成本。在51个内核中，RST是信号恢复输入点，可在

两个机器周期(24小时循环)中保持高电流。

3.2HX711数据采集模块设计

本设计使用HL-8型重量传感静，这是一种用于实现产品产量统计系统的特

殊产品，可用于平衡，其主要技术，见表3-2,称重电路见图3-4：

表3-2L-pslII型称重传感器技术指标

额定载荷Kg3,6,10,20,30,50

灵敏度mV/V1.8±0.08

准确度等级C3

最大分度数3000

最小检定分度值Fmax/10000

综合误差%F.S.0.02

重复性%F.S.0.01

蠕变%F.S./30min±0.017

最小静载荷%Fmax1

最大安全载荷%Fmax150

极限过载荷%Fmax200

输入电阻Q415〜445

输出电阻Q349〜355

温度补偿范围℃・10〜+50

使用温度范围℃・20〜+60

输入(+):红，输入(-):白，输出(+):绿

接线方式

输出(-):蓝，屏蔽:黄

模拟转换器(A/D)是一种将模拟数量转换为数字转换器模块的设备，它的内

部结构如图3-4HX711所示，是高精度的24位转换芯片，而/D的优势是集成电

路(如时钟振荡器、检定的电源和可编程低噪声放大器)，这样可以降低设备设计

11

的复杂性，并通过集成放大的电路来提高设备的耐用性、性能和可靠性，从而提

高测量精度。

图3-4HX711内部结构图

以下是A/DHX711转换芯片的一些使用参数：

有两个可用的输入通道，最大增益为128,最小增益为32,软件可以配置增

益和通道选择。

通道A的可编程增益为128或64,全边界的差分输入信号幅值分别为20mV

或40mVo

芯片输出速率可以是10Hz或80HZo

不需要编制夏杂的内部芯片寄存器，只需使用简单的时钟和数据线即可接收

数据。

工作电流小于1.7mA。

工作电压为26~5.5V。

工作温度为-20~+85C。

HX711模块电路连接到电路，如图3.6所示，输入通道A1用于接收来自传

感器的小信号，输入通道B1主要用于检测所有数字（如RATE、XI和SCK）的系统

参数，输入端不应因为在一台计算机上连接到PB12输入端的输出端的电压或下

降电阻而暂停，而PB12输出端不应连接到拉伸强度或拉伸强度，以减少SCK电

流的干扰是时钟控制信号的输入，连接到单台计算机上的PB13输出的pnl与

部件中的稳定电源电路一起使用，为了提高电源的稳定性，HX711VD芯片的电源

12

必须使用与独立计算机相同的数字电源（y）分析电源（AVDD）必须使用与传感器相

同的模拟电源。

3.3LCD1602显示电路模块设计

LCD1602是一种工业数位字符型号的高清度彩色液晶文字显示屏元器件，

显示的文字位数同时最高可达32位。串行LCD是与基于HD44780控制器的液

晶显示器（LCD）接口的简单且经济高效的解决方案。该模块接收输入的9600bps

TTL电平信号并将这些字符显示在LCD屏幕上。只需要三根线+5V、GND和

RXDUART信号来连接LCD。LCD使用实际的ASCII字符进行控制。这意味着

如果将ASCII字符“r”传递给模块，“r”将显示在LCD上的下一个光标位置。

唯一的例外是命令字符十进制255（OxFF）,它不会显示，但将用于标识此命令

字符之后的任何字符不是用于显示，而是用于配置或发送扩展LCD命令。串行

LCD可以通过发送特殊命令字符（）xFF（I•进制255）后跟字符0x03（|•进制3）

来开启或关闭背光，或者发送特殊命令字符0x04（十进制4）来关闭背光。默认

值为开。此设置存储在内部EEPROM中并在上电期间加载。默认情况下，串行

LCD显示启动画面此闪屏验证设备已通电、工作正常且对比度设置正确。开机

时闪屏显示1000毫秒（1秒），如果需要，可以关闭。可以通过发送特殊信息禁

用闪屏，命令字符OxFF（十进制255）后跟字符0x02（十进制2）。要启用它，

13

请再次发送上述命令。每次将此命令发送到LCD时，设置都会切换。默认值为

开启。此设置存储在内部EEPROM中并在上电期间加载。LCD1602具体引脚及

功能如表3.3所不。

表3.3LCD1602引脚及功能说明表

引脚符号功能说明

1VSS一般接地

2VDD接电源（+5V）

3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高

（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

5R/WR/W为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

6EE（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。

7DB0低4位三态、双向数据总线0位（最低位）

8-10DBI-3低4位三态、双向数据总线1-3位

11-13DB4-6高4位三态、双向数据总线4-6位

14DB7高4位三态、双向数据总线7位（最高位，也是busyflag）

15BLA背光电源正极

16BLK背光电源负极

本设计结合LCD1602的若干特点性能，选取LCD1602来完成显示部分的线

路结构功能。显示电路结构电路图如图3.4所示。

图3.4显示电路结构图

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3.4蜂鸣器

蜂鸣器是一种将电气信号转化为音频信号的器件，当系统出现识别错误或者

运行过程中出现故障时，蜂鸣器会发出音调高、响度大的刺耳音频来提醒用户注

意系统的运行情况。蜂鸣器声音原则，根据不同的方法以不同的方式，蜂鸣器主要

分为两种压电蜂鸣器和磁蜂鸣器。

磁性蜂鸣器的振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜和壳，等。打开电源后，振荡

器产生的音频信号通过电磁线圈电流，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电滋线

圈和磁铁的相互作用下,周期性振动。

图3.4电磁式蜂鸣器

压蜂鸣器是电动压电陶瓷材料,两岸的陶瓷片镀银电极极化和时效处理后，用

钢或不锈钢片再次在一起。当两端电压的应用压电材料和金属，由于压电效应，蜂

鸣器将产生机械变形，发出声音。

磁蜂鸣器相对于压电蜂鸣器，只需要一个小电压可以赚很多声音，屏蔽环境能

力强，容易受到外部环境的干扰，环境被广泛使用。所以这个设计选择磁蜂鸣器报

警功能，其连接图如图3.所示。

15

第四章软件设计

4.1主流程图

本设计主要通过重量检测模块将电压信号通过HX71I模块转换成数字信号,

然后发送给单片机，最后通过LCD1602显示出来，单片机根据具体数据进行处

理，如果重量不达标知会报警，说明这个产品不合格，其流程图如图4.1所示。

图4.1主程序流程图

4.2LCD1602液晶显示驱动程序

16

4-2LCD1602液晶显示驱动程序流程图

LCD1602液晶显示汉字和更复杂的图形,首先必须写入命令的第一个字符,

包括图形和字体模式，和光标会自动移动到左边，直到所有的数据。

4.3A/D转换器HX711采样程序

交换子编程一般是指当计算机开始运行后，将称重感应器上发送出去的模

拟信号转换成数值信息之后再传输到数字单片机上，从而进行下一次的信息处理。

首先对HX711进行初始化，然后启动A/D转换器进行转换，如果A/D转换完成，

则就进行数据储存，否则将继续进行A/D转换。数据储存后进行数据显示。

17

（开始］）

拉低CS、拉高CLK

.....xZ

DATA^r.

移八位？.

—」Y—

拉高CS、拉低CLK,返

回数据

结束

图4-3A/D转换器HX711采样程序流程图

4.4键盘程序

使用者还可以根据自身需求更改设置重量。系统中的按键因为机械结构的缺

陷，在使用过程中会有抖动，因此需要通过软件的设计避免此硬件问题造成对系

统稳定性的影响。该程序的流程如下，系统判断按键是否被按下或者抬起，如果

按键被按卜.或者抬起，对其进行扫描，按键状态改变后，执行该按键的功能。

图4-4键盘程序流程图

4.5报警驱动程序

18

蜂鸣器报警驱动用到的是单片机引脚电平控制功能，是单片机编程的基础功

能，它的作用便是由程序来控制片机管脚的高、低电平，在高电平时，蜂鸣器处

于打开状态，低电平的蜂鸣器将会自动关闭。为了实现对单片机管脚的高、低电

平的控制，应先将单片机管脚设置为输出模式，并对管脚的输出频率进行设定,

以及引脚时钟初始化，配置完成以后先默认输出低电平，保持蜂鸣器关闭，然后

就通过if判断语句判断是否需要将蜂鸣器调整为报警状态，假如发现报警标志

位，系统判断为需要报警，则进入报警语句，将单片机管脚的电平由低电平改换

为高电平，蜂鸣器将立即鸣叫处于报警状态。

图4.5报警子程序流程图

第五章调试

5.1安装调试的设备

安装调试产品产量统计系统系统所使用的的设备如表5.1.

表5.1设备功能数量表

名称功能数量

19

烙铁架放置电烙铁一个

焊锡丝、电烙铁焊接元器件一套

万用表排查问题、测试电源模块电压一块

计算机编写程序、仿真运行一台

5.2元件的安装焊接与系统调试

5.2.1电路的焊接

根据所绘制的电路原理图，准备好所需的符合设计规格和相当数量的电子元器件。

按照一定的次序进行安装，按照元器件先轻后重、所在位置先里后外、先底后高的原则

进行安装。而且还要做到整齐、美观、稳固的原则，应把元器件安装到位，要避免安装后的

元器件存在倾斜变形等情况，相邻的元器件间有存在一定的空隙，保证每个元器件有足够的

散热空间“叫

在安装时，应保证元器件有信息的一面朝上或是朝外安装，便于检杳元器件的参数规格。

焊接要点：

1、焊锡应选用焊接电子元器件的低熔点焊锡丝。

2、使用松香助焊。

3、电烙铁在第一次使用时，需要先上一层锡。

4、焊接时，把烙铁头接触焊点，并把焊锡丝放置在接触点，等到焊点上的焊

锡全部融化浸没元器件引线后，把电烙铁移除即可。

5、集成电路应最后焊接，本次设计使用了集成电路的专用插座，先把插库焊

接到焊盘上，之后插上集成电路即可。

6、焊接后，把电烙铁后置与烙铁架上，放置烫坏周围物品。

5.2.2系统的调试

先把电阻应变式传感器连接好，在按下电源按钮，观察OLED显示器显示的画面，正常

显示后，在使用按键输入并观察显示器显示是否正常，乳沟都能够正常显示说明按键和显示

模块完好“乞使用磋码测量是否有物品重量数据显示在屏幕上，若能够显示，观察显示的

示数是否与祛码实际重量相同，若有误差，对程序中的GapValue数值进行调整即可。

20

5.3测试结果及分析

多次放置重最不相等的放码和物体进行称重测试，测最得到的结果如表5.3所示:

表5.3测量结果及误差

实际值测量值绝对误差相对误差

10g10.10.33%

20g20.10.10.5%

SOg50.20.20.1%

100g100.20.20.1%

300g300.20.20.06%

500g500.30.30.06%

700g700.30.30.04%

900g900.40.40.04%

1000g1000.30.30.03%

通过实物测试可知，本系统的测量精度满足设计要求所需，当测量重量比较大的物体时,

误差值能够满足要求，输出的相对误差较小；当测量重量较轻的物体时，误差值也满足要求，

但是输出的相对误差较大，对测量准确度影响较大，产生的原因分析如下：

1、传感器上安装的托盘不牢固，使得在测量较轻物品时不稳定，对测量有一定影响；

2、单片机在数据处理的时候，

3、系统或者外部对模数转换器有一定的干扰，使得输出数字量数据与实际数据存在一

定误差；

4、校准调试未能达到理想水平。

21

第六章总结

经过三个多月的努力，毕业设计的任务,流水线生产统计系统设计已经完成。

本文设计的内容不是最新的