產量計數器的設計與實現

1、 懷化學院本科畢業(yè)論文(設計)誠信聲明作者鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文(設計)，是在指導老師的指導下，獨立進行研究所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的成果。對論文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確的方式標明。本聲明的法律結果由作者承擔。本科畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 年 月產量計數器的設計與實現摘要電子技術器在科學技術領域丶工農業(yè)生產以及日常生活發(fā)揮著越來越重要的作用。計數器對某物件進行計數，對通過的物體進行計數，實現統(tǒng)計數據的收集，比較常見的是在生產流水線上包裝數量控制，能節(jié)省勞動力而且可以高效準確的完成

2、數據統(tǒng)計。光電計數器采用光電傳感器構成的廣電門實現對通過光電門的物品進行計數。本設計為了實現光電計數的功能，采用模數結合的電路，以紅外對射光電傳感器為傳感器件，電路主要分為信號采集電路和數碼顯示電路，分別實現對通過光電門的物體感應，顯示和技術，計數范圍為0999?？梢灶A設計數數目，當計數達到設定后，顯示器計數會停止增加。關鍵詞計數器；光電傳感器；數碼顯示；Design and implementation of yield counterAbstractElectronic technology in the field of science and technology Dian indus

3、trial and agricultural production and daily life plays an increasingly important role. A counter for counting the object, the object is counted through to achieve the collection of statistical data, more common in the production line packaging quantity control, can save labor and can accomplish effi

4、cient and accurate statistics. Photoelectric counter using SVA door photoelectric sensor configured to achieve the objects through optical gate counts.In order to achieve this design photoelectric counting function, combined analog circuits, infrared beam sensors photoelectric sensors, the circuit i

5、s divided into signal acquisition circuit and digital display circuit, respectively, to achieve the object through the door photoelectric sensors, display and technology, the count range of 0 to 999. You can preset number of counts, when the count reaches the set, the display will stop counting incr

6、ease.Key wordsCounter photoelectric sensor digital display1. 前言在工業(yè)生產線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品進行計數，以便統(tǒng)計產量或為計算機管理系統(tǒng)提供數據，光電自動化的計數提高了工業(yè)生產的準確性，以及效率。隨著生產自動化，設備自動化，和機電一體化，對產量計數器的需求日益增多產量計數器的設計與實現一方面是為了鞏固課本所學知識，另一方面是提高自己的動手實踐能力，進一步掌握單片機和模擬電子電路課程的了解，掌握計數，譯碼，顯示系統(tǒng)的工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。1.1 光電傳感器的特點光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件

7、的傳感器.它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號.發(fā)射器和接收器通常置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時，紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外線到接收器，光接收電路輸出低電平，當有物體經過時，光接收電路輸出高電平，計數電路累計計數。光電傳感器是將光信號轉換成電信號，再經過處理成光信號顯示出來。光電傳感器一般由光源,光學通路和光電元件三部分組成.光電檢測方法具有精度高,反應快非接觸等優(yōu)點,而且可測參數多,傳感器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣,按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出

8、量性質可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉換,連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經被測物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在 光路位置有關.1.2 光電傳感器的研究和發(fā)展傳感器技術是20世紀

9、中期才剛剛問世的，在那時與計算機技術和數字控制技術相比，傳感器技術遠遠落后與他們。光電傳感器是一種小型電子設備,它可以檢測出其接收到的光強的變化.早期的用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設備,發(fā)射器帶一個校準鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上.在金屬圓筒內有一個小的白熾燈作為光源.這些小而堅固的白熾燈傳感器就 是今天光電傳感器的雛形. LED(發(fā)光二極管)最早出現在19世紀60年代,現在我們可以經常在電氣和電子設備上看到這些二極管作為指示燈來用.LED就是一種半導體元件,其電氣性能與普通二極管相同,不同之處在于當給LED通電流時,它會發(fā)光.由于

10、LED是固態(tài)的,所以它能延長傳感器的使用壽命.因而使用LED的光電傳感器能被做得更小,且比白熾燈傳感器更可靠.不像白熾燈那樣,LED抗震動抗沖擊,并且沒有燈絲.另外,LED所發(fā)出的光能只相當于同尺寸白熾燈所產生光能的一部分.(激光二極管除外,它與普通LED的原理相同,但能產生幾倍的光能,并能達到更遠的檢測距離).LED能發(fā)射人眼看不到的紅外光,也能發(fā)射可見的綠光,黃光,紅光,藍光,藍 綠光或白光. 1970年,人們發(fā)現LED還有一個比壽命長更好的優(yōu)點,就是它能夠以非常快速度來開關,開關速度可達到KHz.將接收器的放大器調制到發(fā)射器的調制頻率,那么它就只能對以此頻率振動的光信號進行放大.1.3課

11、題研究的意義和目的隨著社會的不斷發(fā)展，機器總是要代替人類來工作，許多數目龐大的物品計數總是會需要傳感器來完成，它具有高效，準確的特性。所以未來的傳感器一定不會過時，只會越來越先進與快速和準確。本課題的研究具有很大的實用價值。1.4設計內容及要求 設計內容利用發(fā)光二極管和光敏三極管作為光電計數器的傳感器進行計數，用數碼管顯示計數值，當數碼管顯示值與預設值相同時停止計數，可以手動預設值，此外，每通過一個物體指示燈閃爍一次。設計要求采用光遮擋方式傳感，發(fā)光器件，接收器件距離為1m計數范圍0999可上電復位和人工復位可做加減計數可增加位數和其他功能2. 設計方案本設計的核心內容是利用發(fā)光二極管和光敏三

12、極管作為光電計數器的傳感器進行計數，用數碼管顯示計數值，當數碼管顯示值與預設值相同時停止計數，可以手動預設值，此外，每通過一個物體指示燈閃爍一次。2.1總體方案圖如上圖所示，系統(tǒng)大致由光電轉換系統(tǒng)和計數器，顯示器這幾部分組成，每當有一個物體通過時，紅外發(fā)射器將光信號轉換成電信號給STC89C52，然后單片機芯片發(fā)射一個電壓給數碼管加以顯示。同時有74HC573可以做到數據鎖存，所以可以同時做到上電復位，撥碼重置，和手動復位。3電路設計與元件選擇方案一以STC89C52為核心的計數電路基于單片機的光電計數器，使用STC89C52單片機，電路簡單，需要編寫程序，可通過編程實現各種各樣的算術算法和邏

13、輯控制，而且體制小，硬件實現簡單，安裝方便，可實現數碼顯示和鍵盤設定等多種功能。 采用遮光式光電傳感器，將紅外發(fā)光管與光電接收管相對安放，每當物體通過一次，紅外光就被遮擋一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數脈沖，通過光電隔離并輸入至STC89C52單片機的P1口，通過軟件控制和鍵盤設定計數值并用數碼管加以顯示，便可實現對物體的計數統(tǒng)計。采用發(fā)射式光電傳感器，將紅外發(fā)光管與光電接收管相鄰安放，每當物體通過一次，紅外光就被發(fā)射，光電接收管接收一次，它的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數脈沖，通過光電隔離耦合并行輸入

14、至STC89C52單片機的P1口。方案二以采用CD4518為核心的計數電路，采用CD4518組成8421同步十進制計數器，其計數是先由光檢測和接收電路檢測信號再傳送到脈沖發(fā)生器CD4518，由D4518轉化成電信號然后分別傳送到各個二十一進制計數器BCD碼，由BCD碼七段譯碼器轉換至數碼管。而電源部分是由220V交流電經過變壓T降壓，橋式整流，電容濾波，7809穩(wěn)壓后為整個電路提供+9穩(wěn)壓工作電壓。選用方案一原因是本設計方案采用紅外發(fā)射管采用直流供電，接收對管判斷是否有物體通過物體通過光電門，并且有物體通過時輸出一個高電平，觸發(fā)后面的加法計數器，使其加一。本設計采用STC89C52作為CMOS

15、8位微控制器，它具有高性能，低消耗，在單片機上，擁有8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash等優(yōu)點。本設計還加入了74Hc573作為主要元器件，當使能為高時，輸出將隨數據輸入而變，當使能為低時，輸出將建立在已鎖存的數據電平上，。它的優(yōu)點是輸出控制不影響鎖存器的內部工作，即老數據可以保持，甚至當輸出被關閉時。光電傳感器具體是由發(fā)送器、接收器和檢測電路組成，是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。光電開關的結構原件中有發(fā)射板和光導纖維。三角發(fā)射板是結構牢固的發(fā)射裝置。他由很小的三角椎體發(fā)射材料組成，能夠使光束準確地從發(fā)射板中返回，具有實用意義。光電傳感器一般分為反光板光電開關、擴散發(fā)射型光電

16、開關。槽型光電傳感器。對射型光電傳感器。本次設計應要求采用對射型光電傳感器，把發(fā)光器和接收器分開，檢測物體通過時阻擋光路，接收電路就動作輸出一個開關控制信號。為了應要求使計數范圍達到0999，我使用了九腳的數碼管一共九個，每個數碼管分別記一個數。當無物體遮擋時計數器不被觸發(fā)計數，使之保持原態(tài)，計數器顯示數值不會變化。當有物體遮擋時計數器可靠觸發(fā)，計數器被觸發(fā)翻轉計數。當物體下次到來時，或者紅外二極管被遮擋時，計數器將自動加一，直到加至計數值為999.繼續(xù)加一，使計數器進入下次從099的循環(huán)計數。每當傳感器被遮擋一次，脈沖形成電路便輸出一個計數脈沖。從而觸發(fā)譯碼器在數碼管上顯示計數值。一只計數器

17、上加上兩個譯碼器和兩個數碼管組成一個兩位的電子計數器。他的計數范圍為0999，采用同樣的計數器和譯碼器進行級聯便可組成多位計數器。電路中，C4與R12組成開機復位電路，接通電源后由RC電路產生一個復位脈沖加至計數器的復位端R，計數器自動清0.電路的優(yōu)點在于易實現自動化控制、計數準確、直觀性比較好、具有一定的抗干擾能力而且比較容易實現級聯，以便達到擴大計數范圍的作用，同時具有很強的實用性。不足之處在于由紅外發(fā)射管IRED和接收管VTP組成的信號采樣電路靈敏度稍差，以及電路焊接工藝和線路并不是很完美。4.硬件電路設計4.1硬件電路的總體設計Stc89c52是一種低耗高性能的cmos8位微控制器，具

18、有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲器。Stc89c52使用經典的mcs-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單片機上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提高靈活、超有效的解決方案。采用遮光式光電傳感器，將紅外線發(fā)光管與光電接收管相對安放，每當物體通過一次，紅外光就被遮擋一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數脈沖，通過光電隔離耦合并行輸入至STC89C52單片機的P1口，通過軟件控制和鍵盤設定計數值并用LED加以顯示，便可實現對物體進行計數統(tǒng)計。42信號采集電路S

19、TC89C52在工作時，允許RAM，定時器，計數器工作，在紅外對射二極管通過物體時所產生的高電平進行處理，發(fā)出一個正脈沖到七段譯碼器，沒有物體通過時，RAN內容被保存，振蕩器停止工作。具有的標準功能，8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向4級中斷工作，全雙工串行口。此外，還裝入了兩個30pf的啟振電容和12M的石英晶振一個，能最大限度的保證頻率的誤差。4.3發(fā)射與接收電路發(fā)射與接收電路主要的功能是當有物體經過時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光線被物體反射，光電接收管接收到

20、紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光線，這時計數電路開始計數。將紅外發(fā)光管與光電接收管相鄰安放，每當物體通過一次，紅外光就被物體反射，光電接收管接收一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數脈沖，通過光電隔離耦合并行輸入至STC89c52單片機的P1口，通過軟件控制和鍵盤設定計數值并用LED加以顯示，便可實現對物體的計數統(tǒng)計。當達最大值益出時，由單片機控制并發(fā)出報警。在我們生活的環(huán)境里處處都暗藏著紅外光線，太陽是最常見的紅外線發(fā)光體，還有火光、燈光、紅外線遙控器和一些不可預知的光源。那么，我們身邊所處的環(huán)境中這么多紅外線光源，傳感器里的紅外線光敏二極管如何分辨

21、環(huán)境里的紅外光和紅外發(fā)射管發(fā)出來的紅外光？調制解調的辦法：把紅外線發(fā)光二極管以某一頻率進行調制，即讓它以固定的頻率閃爍。在紅外線光敏二極管的發(fā)射端則利用單片機定時輸出一個固定頻率的紅外光，讓接收端可以篩選出這一頻率的紅外光源。這樣便可以達到去除外界環(huán)境光的干擾。因為環(huán)境里的紅外光要么是沒有頻率的，要么就是有著自己固定的頻率。像收音機一樣，傳感器只要以自己的頻率發(fā)射，再以自己的頻率接收就可以過濾其他頻率光源的干擾了。4.3數碼顯示電路數碼管管腳圖中小行的熒光數碼管和發(fā)光二極管顯示器采用七段形式顯示，熒光數碼管是一種真空管，燈絲做陰極，陽極涂發(fā)光物質的材料做成，其形狀a、b、c、d、e、f、g，七

22、個壁畫段構成的八段，也可增加一個點狀顯示燈顯示小數點，陽極和陰極之間有柵極，當燈絲發(fā)熱時發(fā)射電子，經加20V電壓加熱時，如該陽極有20V電壓則發(fā)出熒光，如果沒有則不光，由此顯示字形。七段發(fā)光二極管和熒光顯示器原理相似，用七個發(fā)光二極管構成a、b、c、d、e、f、g 七個筆畫段，并分為共陰極和供陽極兩種連接方法。共陽極是將七個發(fā)光二極管的陽極接在一起并接正電源上，陰極接到譯碼器的各輸出端，當哪個發(fā)光二極管的陰極為低電平時對應的那個發(fā)光二極管就導通發(fā)光。共陰極則是將七個發(fā)光二極管的陰極連接在一起并聯在一起接地，陽極譯碼器的各輸出端，哪一個陽極為高電平時就對應那個二極管發(fā)光。顯示譯碼器將計數的輸出（

23、BCD代碼）譯成顯示器（數碼管）所需要的驅動信號，以便使數碼管用十進制數字顯示出來BCD代碼所表示的數字。5程序設計Dly10ms: MOV R6 #20D1: MOV R7 #20 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RET總程序調試如下： FIRST EQU 21H ;定義個位 SECOND EQU 22H ;定義十位 THIRD EQU 23H ;定義百位 ORG 0000H ;程序從0地址開始 LJMP START ;跳到START處執(zhí)行 ORG 0003H ;跳至INT 0處執(zhí)行 MOV R4,#100START: SETB EA ;開中斷 SETB IT0 ;中斷0允許P

24、3.2口 SETB EXO ;負跳變觸發(fā)CLEAR: ;初始化顯示000 MOV FIRST,#0MOV SECOND,#0MOV THIRD,#0SHOW: ;顯示子程序 MOV DPTR,#TAB;DPTR指向編碼表位置 MOV A,FIRST ;將FIRST的內容復制到ACC MOVC A,A+DPTR ;根據ACC的值取出編碼表中的編碼 MOV PO,A ;由P0口輸出ACC的內容CLR P2.3 ;置位P2.3 LCALL DELAY ;調用延時子程序 SETB P2.3 ;清零P2.3/*顯示個位*/ MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向編碼表位置 MOV A,SECOND

25、;將SECOND的內容復制到ACC MOVC A,A+DPTR ;根據ACC的值取出編碼表的編碼 MOV P0,A ；由P0口輸出ACC的內容CLR P2.2 ;置位P2.2 LCAL DELAY ;調用延時子程序 SETB P2.2 ;清零P2.2/*顯示十位*/ MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向編碼表位置 MOV A,THIRD ;將THIRD的內容復制到ACC MOV A,A+DPTR ;根據ACC的值取出編碼表中的編碼 MOV PO,A ;由PO口輸出ACC的內容CLR P2.1 ;置位P2.1/*顯示百位*/;MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向編碼表位置MOV PO

26、,A ;由PO口輸出ACC的內容LJMP SHOW ;調用顯示子程序INT_0; ;中斷CLR EAINC FIRST ;FIRST的內容加1MOV A,FIRST ;將FIRST的內容復制到ACCCJNE A,#10,EXIT ;如果A不等于10，則跳至L1處執(zhí)行MOV FIRST,#00H ;將0復制到FIRSTINC SECOND ;將SECOND的內容加1MOV A,SECOND ;將SECOND的內容復制到ACCCJNE A,#10,EXIT ;如果A不等于10，則跳至L2處執(zhí)行MOV SECOND,#00H;將0復制到SECONDINC THIRD ;將THIRD的內容加1SHAN

27、2S: CLR P2.6 LCALL DELAYSETB P2.6LCAL DELAYDJNZ R4,SHAN25EXIT: 跳出中斷子程序DELAY: MOV R6,#20D1: MOV R7,#20 DJNZ R7. $ DJNZ R6 D1 RETTAB ;編碼表 DB 03FH;0 DB 006H;1 DB 05BH;2 DB 04FH;3 DB 066HH;4 DB O6DH;5 DB 07DH;6 DB 007H;7 DB 07FH;8 DB 06FH;9 END6仿真與測試檢查多次電路是否虛焊，短路，電源是否接反，以此為必要條件，手掌不斷來回遮擋紅外二極管表6.1 夜間值夜晚；預

28、設值·080070060次數807060LED顯示080070060表6.2 白天值白天：預設值050040030次數504030LED顯示050040030總結本次畢業(yè)設計，使我感受到過程是艱辛的同時又充滿樂趣。隨著畢業(yè)的日子到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲，經過了幾周的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前，覺得畢業(yè)設計只是對這四年所學知識的單純總結，但是通過了這次做畢業(yè)設計，發(fā)現自己的看法太片面了，畢業(yè)設計不僅是對四年所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高，通過這次畢業(yè)設計，使我明白了自己原來的知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多。以前老是覺得自己什么東西都會

29、，什么東西都懂，有點眼高手低，通過這次畢業(yè)設計我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的綜合素質，畢業(yè)設計中也使我們同學關系更一步親近了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家一起商量，聽聽不同的看法，從而使我們更好的理解和消化知識。所以在通過這次光電計數器設計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在各個方面都有一個較大的提高！剛開始設計光電計數器的時候，電路圖不知道從哪個部分畫起，想到我們之前有做過電子時鐘，可能對此次的光電計數器設計有幫助，我們打開之前的時鐘原理圖片，發(fā)現電源部分是我們可以用的，顯示部分也可以用，由于用STC89c52單片機，所以我們的原理圖省了設計好幾個部分的內容，接下來我們就設計發(fā)射和接收這部分。真正去做一些事，我們不難發(fā)現其實不并不是我們想象中的那么難，但在做的過程中我也遇到了很困難，更加讓我覺得對