红外线自动计数器

红外线自动计数器设计

一．设计方案的选择

1. 单片机的论证与选择

方案一：选择普通8051核的ST89C51单片机,此单片机价格便宜，满足本设计要求，但已经停产故不宜选择。

方案二：选择加强型8051核的STC89C2单片机,此单片机价格便宜，功能强大，完全满足本设计要求。

方案三：采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128单片机，此单片机具有8路PWM，16路AD采集通道，2个UART，2个硬件SPI，具有背景调试功能，方便实时查看程序中全局变量的值，具有80个引脚，硬件资源相当丰富。但其价格相对较高。

综合以上三种方案，为了方便控制，节约成本，故我们选择方案二。

2. 显示器件的选择

方案一：两位一体共阳数码管显示，数码管功耗低，价格便宜，显示清晰，完全符合本设计要求。

方案二：采用液晶屏1602显示，1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。不过占用IO多，体积大，价格贵。

综合以上二种方案，为了减少硬件资源，节约成本，故我们选择方案一。

二．硬件设计

1.硬件总方案确定

依据检测原理和设计思想经过细致比较研究得到如下总体设计方案：

2. LED指示灯

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

3.三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两

个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。在本设计中选择了PNP三极管用来驱动蜂鸣器个双位数码管。

4. 双位数码管

显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等，都可以与微机连接。其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器（简称LED显示器）。液晶显示器简LCD。LED显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便，LCD可显示图形，但接口较复杂成本也较高。

该电路使用双位7段LED构成字型“8”，另外还有一个发光二极管显示符号及小数点。这种显示器分共阳极和共阴极两种。这里采用共阳极LED显示块的发光二极管阳极共接，如下图左所示，当某个发光二极管的阴极为低电平时，该发光二极管亮。它的管脚配置如下图右所示。

VCC

图左图右

实际上要显示各种数字和字符，只需在各段二极管的阴极上加不同的电平，就可以得到不同的代码。这些用来控制LED显示的不同电平代码称为字段码（也称段选码）。如下表为七段LED的段选码。

下表为七段LED的段选码

显示字符共阳极段选码显示字符共阳极段选码

本系统显示电路采用简单实用两位一体共阳数码管，位码用三极管驱动。

5. STC89C52系统单片机

STC89C52 单片机是宏晶科技生产的一种单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

6. 蜂鸣器播报

蜂鸣器采用三极管放大，单片机IO口控制，通过高低电平触发使其工作。每当检测有人进出时，播放一段优美的音乐，人性化的旋律。

7. 单片机复位电路

单片机复位后的状态：

单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片RAM区中的容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。

值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。

说明：表中符号*为随机状态；

A＝00H，表明累加器已被清零；

特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态

A00H TMOD00H

B00H TCON00H

PSW00H TH000H

PSW＝00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；

SP＝07H，表明堆栈指针指向片RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的容写入到08H单元中；

Po-P3＝FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP＝×××00000B，表明各个中断源处于低优先级；

IE＝0××00000B，表明各个中断均被关断；

51单片机在系统复位时，将其部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特殊寄存器介绍时再做详细说明）至于部RAM部的数据则不变。

系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。

9.数码管显示电路

采用两组双位共阳数码管，实现人体计数，段选分别接P0口和P1口，位选通过PNP 三极管放大，然后接单片机I/O口。

数码管动态显示

1．动态显示概念

用数码管显示信息时，由于每个数码管至少需要8 个I/O 口，如果需要多个数码管，则需要太多I/O 口，而单片机的I/O 口是有限的。在实际应用中，一般采用动态显示的方式解决此问题。

在编程时，需要输出段选和位选信号，位选信号选中其中一个数码管，然后输出段码，使该数码管显示所需要的容，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段码，高速交替。

例如需要显示数字“12”时，先输出位选信号，选中第一个数码管，输出1 的段码，延时一段时间后选中第二个数码管，输出2 的段码。把上面的流程以一定的速度循环执行就可以显示出“12”，由于交替的速度非常快，人眼看到的就是连续的“12”。

在动态显示程序中，各个位的延时时间长短是非常重要的，如果延时时间长，则会出现闪烁现象；如果延时时间太短，则会出现显示暗且有重影。

三．软件设计

红外自动计数器主要由光电传感检测电路、进出门处理与识别电路、中央处理显示电路、数码管显示电路，蜂鸣器播报音乐电路组成。鉴于单片机技术比较成熟，且开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。故设计用C语言对其编程并烧录到芯片部，C语言表达和运算能力比较强，且具有很好的可移植性和硬件控制能力。采用KEIL51的C52编译器。KEIL Uvision3是众多单片机应用开发软件中的优秀软件之一，它支持众多不同公司的构架的芯片，集编辑、编译、仿真等于一体，同时还支持PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强的功能。

硬件设计和软件设计是电子设计中必不可少的容，为了满足设计的功能和指标的要求，我们必须在开始设计的时候就要考虑到硬件和软件的协调；不然不是造成硬件资源的浪费就是增加软件实现时困难和复杂程度，甚至造成信号的断层，即使硬件和软件能单独使用，却不能使它们组成的系统工作。故在设计的过程中必须考虑软硬件的处理能力以及它们的接口是否兼容，实现软硬件的信号过渡。其次设计时硬件之间应尽可能减小联系，只要把必要的信号线相连则可。这样做的优点是：首先，调试时

可以减少很多不必要的麻烦，因为电路是相对独立的，故在调整电路参数值时其影响和干扰就小，在满足发射和接收模块的要求后可单独对控制模块进行调整；再者，当出现问题时检查电路就容易缩小问题的围，使得排错效率高。由于硬件的分离，在软件的调试时就可以单独针对控制模块。

1. 进出方向控制程序

方向的判断，是通过红外光电开关检测到物体的前后顺序不同来判断的，当第一个光电开关先检测到人通过，接着第二个光电开关检测到有人通过，说明有人进门，相反，则有人出门。具体控制程序如下：

void direction(void)

{

if(dirvalue==0x18)

{

if(hongwai1==1)

dirvalue>>=1;

if(hongwai2==1)

dirvalue<<=1;

while(hongwai1||hongwai2);

}

else if(dirvalue==0x0c)

{

if(hongwai2==1)

{

num1++;

yuyin=1;

while(hongwai2);

dirvalue=0x18;

if(num1==99)

num1=99;

yuyin=0;

}

}

else if(dirvalue==0x30)

{

if(hongwai1==1)

{

num2++;

yuyin=1;

while(hongwai1);

dirvalue=0x18;

if(num2==99)

num2=99;

yuyin=0;}

}

}

流程图

设计中采用了两组双位共阳数码管，因此，显示函数分别对应display1（）和display2（）两个函数，在动态显示程序中，各个位的延时时间长短是非常重要的，如果延时时间长，则会出现闪烁现象；如果延时时间太短，则会出现显示暗且有重影。具体程序如下：

void display1(uchar numdis)

{ uchar shi,ge;

shi=numdis/10;

ge=numdis%10;

P0=Tab[shi];

a=0;

delayms(5);

a=1;

P0=Tab[ge];

b=0;

delayms(5);

b=1;

}

void display2(uchar numdis)

{ uchar shi,ge;

shi=numdis/10;

ge=numdis%10;

P2=Tab[shi];

c=0;

delayms(5);

c=1;

P2=Tab[ge];

d=0; delayms(5); d=1;

}

2.软件流程框图

3.程序

#include"reg52.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#include

sbit hongwai1=P3^6; //位定义模拟红外光电开关1接口sbit hongwai2=P3^7; //位定义模拟红外光电开关2接口sbit a=P1^0; //第一个数码管十位

sbit b=P1^1; //第一个数码管各位

sbit c=P1^2; //第二个数码管十位

sbit d=P1^3; //第二个数码管各位

sbit jin=P3^5; //进门指示灯端口

sbit chu=P3^4; //出门指示灯端口

uchar dirvalue=0x18; //方向开始赋初值

void delayms(uint); //T ab为数码管显示值，存入一个数组

void direction(void); //声明按键扫描函数

uchar code Tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; unsigned char num1=0,num2=0; //num为被显示的数字

void display1(uchar numdis) //显示函数1

{ uchar shi,ge;

shi=numdis/10; //将数扯开到十位

ge=numdis%10; //将数扯开到各位

P0=T ab[shi]; //送十位数

a=0; //打开位选

delayms(5); //延时

a=1; //关闭位选

P0=T ab[ge]; //送个位数

b=0; //打开位选

delayms(5); //延时

b=1; //关闭位选

}

void display2(uchar numdis) //显示函数2

{ uchar shi,ge; //同上

shi=numdis/10;

ge=numdis%10;

P2=T ab[shi];

c=0;

delayms(5);

c=1;

P2=T ab[ge];

d=0;

delayms(5);

d=1;

}

void delayms(uint x) //延时函数

{uint i,j;