基于单片机的光电计数器的设计

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专业：机械设计制造及其自动化

班级：机自092班

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指导老师：¥¥¥¥¥¥¥

目录

一.设计题目 (2)

二.设计要求 (2)

三.题目分析 (2)

四.整体构思 (3)

五.具体实现 (5)

六.单片机系统程序设计 (11)

七.问题及解决方案 (13)

八.设计心得体会 (13)

九.参考文献 (14)

十.附录 (15)

一.设计题目：基于单片机的光电计数器的设计

在大量产品的生产中, 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，并在显示器上显示出来。本次设计基于单片机的工业产品自动计数器

基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构成检测电路，MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力以及稳定性。

二．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，应包括单片机最小系统、红外光电开关、数码管显示部分。

将计数值准确的显示出来

（3）三人一组，每组选一个组长。

三．题目分析：

基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力以及稳定性。

采用光电式传感器是非常必须的，它是一种非接触式电子传感器。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。

在此所做的分析均是对题目的整体分析，对整体电路分成块，我们做一一分析、提出方案。

对于电源部分，就是把交流电网220V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。L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压，电压等级：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V。实验中要求工作电源为220V 交流电，而芯片供电应为5V,因此我们选用L7805，作为稳压芯片。在本次试验中，也可用专用稳压器提供+5V电源。

红外光电传感器采用E18-B03N1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。

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。

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）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。

四.整体构思：

通过题目的分析，整体方案框图如下：

图1.方案框图

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：

图2.检测原理图

如图2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： 红外发射电路 红外接收电路

MCS-51控制计数显示 显示驱动 显示电路

直流电源供电

电路 报警电路

晶振电路