智能光电计数系统的设计毕业论文

摘要：21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。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，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用

光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有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。关键词：计数光电传感器单片机设计内容与要求：1、发光器件和接收器件之间的距离大于一米；2、有抗干扰计术，防止于抖动产生的误计数；

3、每计数100，用等闪烁2s指示一下；

4、LED数码显示计数器。目录第1章引言????????????????????????????2 第2章光电计数器的系统设

计????????????????????3 系统硬件设计??????????????????????3 各组成模块??????????????????????4 主要芯片元器件引脚图及功能介绍????????????7 系统软件设计??????????????????????9 第3章设计原理???????????????????????????10 计数测量???????????????????????10中断方式计数??????????????????????11 第4章软件程序的设计???????????????????????11 时间控制设置?????????????????????11 10ms定时设置??????????????????????12中断闪烁2S???????????????????????12总程序调试???????????????????????12 第一章引言传感与检测技术是一门知识面广、综合程度高、实用性很强的专业课程。它从传感器的基本理论入手，着重讲叙传感器的结构与感测原理，传感器是一个二端口的装置，不同的传感器输入-输出特性不同，同一传感器适应不同的被测信号呈现的特性也有所不

同。尤其当被测信号为静态信号时两种状态下，传感器的输入-输出特性完全不同。感测技术在许多新技术、新器件里都有应用，在课程安排上，以信息的传感、转换、处理为核心，从基本物理概念入手，阐述热工量、机械量、几何量等参数的测量原理及方法。自动化的计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展,对光电计数器的需求日益增多。光电计数器设计一方面是为了巩固课本所学知识，完成知识迁移，另一方面加强动手能 1 力，识图能力及设计能力。光电计数器在实际生产中已经得到了广泛的应用。在应用中，光电传感器部分主要有光电断路器和光电开关，但在工业生产中主要使用的是光电开关，计数电路有CD系列芯片组成的，也有74系列芯片组成的，实际功能差别不大。基本设计要求：本次

设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能，掌握红外传感器相关知识，掌握单片机汇编语言，学会如何实现无接触计数。该系统可用于工厂生产线工件计数，通过红外光电管接收到的信号情况，单片机程序来控制是否计数。提高设计要求：要求光电发射级与接收级有1米以上的间距，能有较强的抗干扰性。每100灯闪烁2S。第二章光电计数器的系统设计系统硬件设计1．工作原理检测部分使用红外对管：发射管和接收管。当有物体穿越光路时，接收头输出为高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经一电压比较器反相后送入CPU。接单片机P3．2口，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给LED显示。系统的原理框图如图1所示。图 1 系统电路原理图2．硬件电路的组成本系统的硬件电路光电转换、单片机系统、计数显示组成。 2 红外线发

射生产流水线红外线接收89C51单片机系统计数显示////////////////////////RD393837363534333221 222324252627281011121314151617C218 30p9RSTXTAL2R1R2R3560R4560R5470 RR6470RR7470RR8//=计数器\\:A1R141kD2LED-BLUER17180m1R16 20K2U4:A2740411LM324R18180m 本智能光电计数系统是利用AT89C2051定时／计数器来工作的。当有物体通过时将信号挡住，会遮断红外信号，红外接收器接收不到信号。每次遮断电压信号通过电压比较器产生高电压通过电压比较器和非门使AT89C2052单片机的P3．2产生低电平，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过六个LED 数码管显示出来AT89C2052单片机的P口分时输出数据(段选码)，用于点亮六个数码管，AT89C2051单片机的、、、，,,,则选通A,B,C,D,E,F,G,DP. 各模块组成在此系统中共涉及了个模块，分别是光电转换、单片机系统模块、计数显示。

红外的发射和接收模块位于生产流水线的两侧，通过感知红外线被阻断并将此信号转化为电信号输入到计算机内，单片机实现技术功能，而单片机系统是光电计数系统的核心模块，实现的主要功能包括：1）实现0―999范围计数. 2）要求使用红外发光二极管、光电管检测；3）每计数100，用灯闪烁2S指示一下4）要求光电发射管与接收管有1米以上的间距，发射器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器接收到发射来的红外线，经反相处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收器失去红外线信号便输出一个脉冲信号到单片机进行计数。

3 因此要达到要求的功能就需要单片机控制部分要有很高的精确性和自动化，各部件的有机结合实现了光电技术系统的功能。 1.光电转换红外对管和R1，R2组成的光电检测电路，负责把被检测的数量转换成电压脉

冲信号。工作时红外发光管发出的红外光线投射到光敏三极管上，光敏三极管导通，集电极输出低电平；当红外光线被检测物遮断时，光敏三极管截止，集电极输出高电平。遮断一次输出一个脉冲，因此脉冲的个数就是被检测物的数量红外对管中红外发光管的正向电流为50mA，在环境温度为25°C时，它的最大耗散功率100mW，正向压降。当环境温度上升时，允许的正向工作电流还要减小。为了留有一定的欲量，取它的工作电流为20mA。则5V?==175 ? 20mA取R1=200?，其中5V是电源电压，是红外发光管的正向压降。根据红外对管的计数手册可知：使红外发光管的正向电流为20mA,当有遮挡时，光敏三极管Iceo=100nA；无遮挡时，光敏三极管的Ic=为了使光敏三极管能工作在开关状态，则5V?==? 取R2=10K?，其中5V是电源电压，是光敏三极管的饱和压降。 4

红外对管的输出脉冲信号加到一个迟滞比较器。它有两个门限电压，分别称作上门限电压V1和下门限电压V2，两者的差值称为门限宽度获迟滞宽度，即：ΔV=V1-V2 假设比较器输出高电平V3，则V3和Vcc 共同加到同向输入端的合成电压：R3R5V=V3+Vcc R3?R5R3?R5当比较器输出为低电平V4时，按同样的分析求得加到同向输入端的合成电压为：R3R5V5=V4+Vcc R3?R5R3?R5若Vi有大减小的通过V5时，则V oV o1上跃到V o2。可见，上式所示的V5就是比较器的下门限电压，即V2=V5.相应的迟滞宽度为：R5ΔV=V1-V2= R3?R5调节R1和R2,可以改变ΔV. 2R5同时Tw=2ln R3在实际应用中，利用迟滞比较器可以有效的克服噪声和干扰的影响，利用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。因此，当被测物每遮挡一次红外对管时，施密特

触发器输出一个宽度为Tw的脉冲，该脉冲送到计数器去计数和显示。C4是滤波电容，可提高单稳态触发器的工作稳定性。2、单片机系统模块以及计数显示模块////////////////////////RD393837363534333221 222324252627281011121314151617C218 1nF9RSTXTAL2R1R2R3560RR4470RR5 470RR6470RR7470RR84//=C:\\Document s and Settings\\Administrator\\桌面\\光电计数\\我.hexR141kD2LED-BLUE 5 当向口输入低电平时，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过三个数码管显示出来。主要芯片元器件引脚图及功能介绍光电技术系统采用的芯片是AT89C2052,其主要特性：兼容MCS51指令系统·8k 可反复擦写(>1000次）Flash ROM ·32个双向I/O 口· 256x8bit内部RAM· 3个16位可编程定时/计数器中断·时钟频率0-24MHz·2个串行中断·可编程

UART串行通道·2个外部中断源·共8个中断源· 2个读写中断口线·3级加密位·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1和XTAL2为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd 为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC和VSS为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途软件定义，在本设计中，P0 端口被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS和SCLS端口，12 脚、

27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 6 图5 AT89C2052单片机引脚图电压比较器：电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。如图所示VI为待比较的输入信号电压，VREF为输入参考电压。在这个电路中，VREF就是比较的门限7 电压。当VI通过VREF时，输出电压VO发生突变，即：VI大减小通过VREF时，输出电压VO低电平值VOL上跃到高电平值VOH；而VI小增大通过VREF时，VO 则VOH下跃VOL。系统软件设计为了充分实现实时在线工业检测，在处理过程中采用中断方式进行计数发射电路始终发射红外信号，当传送带将物体送进入口时，将信号挡住，

即将红外信号‘变为脉冲信号，此时中断响宜．计数器记录进料数量并设定时中断为lms，如果在进口中有其它异物通过时，它在设定的时间内不能长期保持有效．因此，中断不响应，计数器不记录异物通过，这样可防止外界的干扰主程序流程图如6示开始系统初始化调显示子程序等待中断图 6 主程序流程图在光电计数系统中，设计软件可实现技术初始值为999，在生产流水线中有产品通过时，红外线被阻断，红外接收器没有收到发射器的红外信号，输出高电平。将此信号送人到AT89C2051单片机的P3．2口．使单片机系统开始工作。软件实现计数值加一，并且每计数100，用灯闪烁2S指示一下。根据光电技术系统的功能要求，设计出系统的工作流程图7，8 开始初始化N=0 N 红外信号阻断Y n=n+1 N N为100的倍数时Y 灯闪烁2s 图7 系统工作流程图最后是软测量效果评价．于工业生产过程中要求具

有很高的精确性．因此对软测量效果的评价是重要的。根据软测量的效果．确定模型是否需要进行修正，哪些参数需要调整等。一旦发现软测量的效果不能满足于实际应用的需要，就必须考虑重新构造软测量模型，即重新构造软件的设计思路，设计出满足实践需要的软测量系统第三章设计原理计数测量计数的过程其实是获取脉冲源的过程，当有物体穿越光路时，接收头输出为高电平，反9

之则为低电平，接收头的电平信号经电压比较器反相后送入CPU当传送带将被测物体传送到检测点时，物体将探头发送的红外线调制信号反射给探头，探头接收器产生的信号送到单片机P3．2口，启动计数器开始计数，每次红外线的阻断都将转化成电信号被单片机芯片获取，在原来的数值上加1，并将计数后所得的数据送给LED 显示中断方式计数中断计

数方式的实现是靠获取中断源，在MCS-51单片机中有五个可屏蔽的中断源，片内中断源三个，片外中断源两个，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，此进入中断服务程序，其中外部中断源INT0请求引脚输入，一旦输入信号有效，即CPU申请中断，如果CPU 响应中断，会自动转到0003H，执行相应的中断服务子程序，INT1(外部中断1)请求引脚输入，一旦输入信号有效，即向CPU申请中断，如果CPU响应中断，会自动跳转到0013H处，执行相应的中断服务子程序，在中断系统中涉及一些特殊寄存器的使用，这些寄存器能够控制中断。我们把打断单片机正常工作的外部信号接到单片机的INT0引脚，经过软件对有关寄存器的设置，单片机就可知道外界信号的变化，从而中断主程序的。当系统接侧到信号高到低的负跳变时引发中断，中断过程中不产生计数，对于外部中断源的撤除，当外部中断采用边延触发方式时，CPU响应中断

后，硬件自动清除其中的中断标志位IE0或IE1，无需采取其他措施。当外部中断源采用电平触发方式时，CPU响应中断后不会自动清除中断请求标志位IE0或IE1，同时也不能用软件清除，当CPU 执行完中断程序后返回主程序，发现外部中断源位于低电平时，仍会响应低电平。即外部中断源位于低电平时，则中断标志IE0或IE1就会为“1”。在实际应用过程中根据实际情况采取软硬件配合使用的方法。第四章软件程序设计时间控制设置在工业生产中为了提高工作效率，需要系统有很高的自动化并且要有很高的统计精确性，所以再设计系统时一些时间控制也显得十分重要。10ms定时计数器记录进料数量并设定时中断为l0ms，如果在进口中有其它异物通过时，它在设定的时间内不能长期保持有效．因此，中断不响应，计数器不记录异物通过，这样可防止外界的干10 扰。此系统引用晶振为12MHz的频率，

设置定时1ms，源程序如下：DLY10mS:MOV R6, #20 D1:MOV R7, #20 DJNZ R7, $DJNZ R6, D1RET 中断闪烁2S：SHAN2S:SETB; ACALL DLY10ms CLR ACALL DLY10mS DJNZ R4,SHAN2S 总程序调试FIRST EQU 21H;定义个位SECOND EQU 22H;定义十位THIRD EQU 23H;定义百位ORG 0000H;程序从0地址开始LJMP START;跳到STRAT处执行ORG 0003H;INT0中断向量LJMP INT_0;跳至INT_0处执行MOV R4,#100 START: SETB EA;开中断SETB IT0;中断0允许口SETB EX0;负跳变触发CLEAR:;初始化显示0000MOV FIRST,#0 MOV SECOND,#0 11 闪烁2s

MOV THIRD,#0 SHOW:;显示子程序MOV DPTR,#TAB;DPTR指向编码表位置MOV A,FIRST;将FIRST的内容复制到ACC MOVC A,@A+DPTR ;根据ACC的值取出编码表中的编码MOV P0,A;P0口输出ACC的内容CLR;置位LCALL DELAY;调用延时子程序SETB;清零/*显示个位*/ MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向编码表位置MOV A,SECOND ;将SECOND的内容复制到ACC MOVC A,@A+DPTR ;根据ACC的值取出编码表中的编码MOV P0,A;P0口输出ACC的内容CLR;置位LCALL DELAY;调用延时子程序SETB;清零/*显示十位*/ MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向编码表位置MOV A,THIRD;将THIRD的内容复制到ACC MOVC

A,@A+DPTR ;根据ACC的值取出编码表中的编码MOV P0,A;P0口输出ACC的内容CLR;置位LCALL DELAY;调用延时子程序SETB;清零/*显示百位*/; MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向编码表位置MOV P0,A;P0口输出ACC的内容LJMP SHOW;调用显示子程序12 INT_0:;中断子程序CLR EA INC FIRST;FIRST的内容加1 MOV A,FIRST;将FIRST 的内容复制到ACC CJNE A,#10,EXIT ;如果A不等于10，则跳至L1处执行MOV FIRST,#00H ;将0复制到FIRST INC SECOND;将SECOND的内容加1MOV A,SECOND ;将SECOND的内容复制到ACC CJNE A,#10,EXIT ;如果A 不等于10，则跳至L2处执行MOV SECOND,#00H;将0复制到SECOND INC THIRD;将THIRD的内容加1