产品计数器报告最终版

燕山大学

课程设计说明书题目：产品计数器的设计

学院（系）：

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系

学号120103020124

120103020125

学生姓名

于建萍

贾庆亮

专业（班级）检测12-2

设计题目产品计数器的设计

设计技术参数设计一个产品计数器，主要指标如下：

1.产品之间的间隔在10cm到20cm之间；

2.传送带的行进速度为2m/S；

3.产品计数为工作十进制数。

设计要求

在实验室现有的开发装置上操作，利用光电传感器或磁电传感器等制成产品计数器，完成对在一定时间内通过某一区间的物体计数。可用于自动化生产线的产品计数，如机械零件、瓶装产品等。

工作计划周1~周2：收集消化资料及拟定设计方案

周3～周4：敏感元件、传感元件设计、转换电路设计周5~周7：设计结果实验验证或演示，撰写设计说明书下周1：答辩。

参考资料1. 吕泉. 现代传感器原理及应用清华大学出版社2006

2. 何利民. 单片机应用系统设计. 北京：北京航空航天大学出版社

3. 吕俊芳传感器接口与检测仪器电路国防工业出版社2009

指导教师签字基层教学单位主任签字

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日

目录

第一章调研报告 (1)

1.1 研究意义 (1)

1.2 研究现状 (1)

1.3 设计思路 (2)

第二章理论分析 (3)

2.1 敏感元件 (3)

2.2 设计匹配电路 (7)

2.2.1 采集模块 (7)

2.2.2 单片机计数模块 (8)

2.2.3 显示模块 (9)

第三章仿真电路 (10)

3.1 仿真电路的建立 (10)

3.2 仿真结果分析 (11)

第四章实验 (12)

4.1 实验建立 (12)

4.2 结果分析 (14)

第五章设计体会 (14)

评审意见 (14)

第一章调研报告

1.1 研究意义

当今生活是信息时代,是获取信息和处理信息以及信息应用的时代。传感信息与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行一定处理的基础技术,是获取信息和信息加工处理的重要手段之一。

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。感测技术在许多新知识里都有应用，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。

产品计数器是完成对在一定时间内通过某一区间的物体计数，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，实现统计数据的搜集，可用于自动化生产线的产品计数，如机械零件、瓶装产品等。能节省劳动力有能高效地完成任务。

随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线计数、快速在线计数有了很大发展。进一步采用新技术，开发各种自动计数系统，提高动态计数的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。本课程设计采用激光传感器，进行自动计数，其工作原理是从光源发出的一束激光照射在接收管上，每当这束光被遮挡一次时，接收管的工作状态就改变一次，然后使单片机记下被遮挡的次数，通过1602液晶显示出来。

1.2 研究现状

目前国内应用于皮带机上的计数器主要有两种,一种是使用机械手的机械式计数器,一种是使用反射式光电计数器。现在是信息高速发展的时代，精密仪器已经逐渐取代了过去的普通电子设备，很多企业在生产的过程中，大量使用各种智能化的产品，不但提高了生产管理的水平，同时也使得生产效率得到突破提升。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增多。

在我国电子技术的不断发展和市场新需求的推动作用下，计数器相关技术和产业不断完善，除了它原先存在的主要核心功能外，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。频率计数器专门用于测量高频和微波频

率的计数器。微波计数器是以通用计数器和频率计数器为主配以测频扩展器而组成的微波频率计。它的测频上限已进入毫米波段，有手动、半自动、全自动3类。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面。

国外方面，实际上根据最新的研究成果和趋势，对计数器的研究大体分为通用与专用两个大类。而光电计数器就是其中的一种。国内外至今已出版了大量有关光电计数器理论研究和技术应用的专门书籍。

在60年代以后，各种光电材料得到了全面的研究和广泛的应用。它们的结构有单晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它们的成分有元素半导体的和化合物半导体的，也有多元混晶的。其中最重要的两种是硅和碲镉汞。硅的原料丰富,工艺成熟,是制造从近红外到紫外波段光电器件的优良材料。碲镉汞是碲化汞和碲化镉的混晶，是优良的红外光敏材料。

光电式传感器的最新发展方向是采用有机化学汽相沉积、分子束外延、单分子膜生长等新技术和异质结等新工艺。光电式传感器的应用领域已扩大到纺织、造纸、印刷、医疗、环境保护等领域。在红外探测、辐射测量、光纤通信，自动控制等传统应用领域的研究也有新发展。例如，硅光电二极管自校准技术的提出为光辐射的绝对测量提供了一种很有前途的新方法。

同时，国内的制造技术水平远不如国外，制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

1.3 设计思路

设计一个产品计数器，主要指标如下：

4.产品之间的间隔在10cm到20cm之间；

5.传送带的行进速度为2m/S；

3.产品计数为工作十进制数。

根据主要指标，进行自己的设计。

系统的总体框图如下：

图1.3 系统的总体框图

由图可见，系统包含3个模块，分别为采集模块，计数模块，显示模块。其中利用激光发射管和接收管作为计数器的传感器，为采集模块，用串口5v 供电。当有物体挡住发射管发射的光时，传感器就会输出一个低电平，没有物体挡时输出是高电平，这样的话有物体路过传感器时就会产生一个下降沿；把输出信号接到单片机的外部中断的引脚上或外部计数引脚上，之后stm8单片机把实时的计数值通过1602液晶显示出来。

第二章 理论分析

2.1 敏感元件

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

激光传感器.激光发射接收对管（非调制管）激光发射管

图2.1.1 激光传感器 技术参数：

出光形状：点状

波长：650nm(红光）

光功率：小于5毫瓦

工作电流：小于40毫安

工作电压：3～5V

尺寸规格：6.5*18mm(含线路板） 驱动方式：APC 单重：2.5g 电源引线长：95mm 外壳材质：黄铜 可调焦（没点胶）

图2.1.2 激光传感器结构图

图2.1.3 接收头的使用

图2.1.4 激光传感器的注意事项

图2.1.5 激光传感器的应用

2.2 设计匹配电路

2.2.1 采集模块

图2.2.1 激光发射管和接收管的原理图

利用激光发射管和接收管作为计数器的传感器为采集模块，为了方便我们没有用稳压模块来供电，而是直接用现有的串口来提供5V的电压来驱动模块。基本原理为：当有物体挡住发射管发射的光时，传感器就会输出一个低电平，没有物体挡时输出是高电平。

2.2.2 单片机计数模块

图2.2.2 stm8单片机原理图

Stm8芯片特点：

内核：高级STM8内核，具有3级流水线的哈佛结构；扩展指令集。

程序存储器：8K字节Flash；10K 次擦写后在55°C环境下数据可保存20年；数据存储器：640 字节真正的数据；EEPROM：可达30万次擦写。

RAM：1K字节。

利用stm8单片机写进程序，接收传感器的输出信号，进行计数，外接采集模块和显示模块(LCD1602)。即PD1口接接收头的输出；PB口接液晶的数据端D0~D7；PC1、2、3分别接1602的RS，RW，EN端。当产品经过遮挡光线时，接收头会输出一个5v高电平，触发外部中断进行技术，由1602显示计数值。

2.2.3 显示模块

图2.2.3 1602接口图

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。它由若干个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，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

第三章仿真电路

3.1 仿真电路的建立

图3.1 产品计数器的仿真电路

在Multisim里用按键开关来模拟激光传感器的工作，无遮挡时相当于按键闭合，有物体遮挡时相当于按键打开。由于multisim里没有现成的stm8单片机，所以用51单片机代替stm8单片机，进行仿真，计数完后，通过液晶显示出来。当需要显示置零是可按清零按键或直接复位单片机。

3.2 仿真结果分析

图3.2 1602液晶显示数值

结果分析：通过按键产生中断，单片机计数，使1602液晶显示数值。

按键的闭合打开相当于产品通过了检测系统，同时单片机接收到信号的变化，产生计数，经验证仿真与理论分析吻合。

第四章实验4.1 实验建立

图4.1.1 stm8单片机开发板

图4.1.2 接收及显示电路

图4.1.3 发射头及供电

按电路图连接电路，通电后将激光照射到接收头处，lcd显示prod_num = 0000正常工作，用移动的物体模拟产品，经实验验证本设计的可用性。

图4.1.4 实验结果显示

4.2 结果分析

由要求知：产品之间的间隔在10cm到20cm之间，传送带的行进速度为2m/S，即两个产品之间的时间间隔为0.05s~0.1s，由实验验证本设计可以实现这种情况下的计数功能。

为了更准确的证明本设计的可用性，我们用10Hz和20Hz的方波来模拟传送带上的产品经过，经实验证明可以正确显示计数值。

第五章设计体会

首先，通过这次产品计数器的设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和团队合作的能力，也深刻了解写一篇课程设计的步骤和格式，有过这样的一次训练，相信在各个方面都有一个较大的提高！本次传感器课程设计，主要是按照课题要求，运用所学的传感器，电路，单片机等相关知识，进行分析、设计，并进行电路焊接、调试，实现相应功能。

在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过自己查找资料，我们的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。由于条件便利，我们先着手焊接实物，经过一段时间的努力，在保证设计方案可行性的前提下，将电路焊接出来，再经过一定的调试，最终实现基本要求和提高要求的全部功能，证实了方案的正确性及可行性。本次设计中，电路结构简单可靠，能够提供准确的统计值，成本低廉，非常适合小型加工厂的产品流水线中自动统计产品个数等。同时使用stm8单片机稳定性能可靠，精确度提升。

但multisim中没有stm8的单片机，所以只好用51单片机代替，还有激光传感器用开关闭合来代替，所以与我们实际焊接的电路差别比较大，而且对multisim这个软件不太熟悉，造成了许多错误，又找不到根源所在。这点还需多多加强。

通过一周的传感器课程设计，我们小组收获进步了不少，进一步学习了传感器的和单片机的知识，以及multisim仿真软件的使用，基本上实现了课程设计的要求，由于时间紧迫，但是有很多不足的地方，像是系统采集信号时的滤波都没有考虑。

通过这次设计，巩固了之前学习的传感器，电路，单片机的相关知识，并把这些知识运用到实际中。这次设计是理论和实践的相结合，放大了理论和实践之间的差别，问题带来了设计经验，从而为以后的发展添加了资本。今后多学习实际的东西，对以后还是有很大的帮助的。

燕山大学课程设计评审意见表

指导教师评语：

①该生学习态度（认真较认真不认真）

②该生迟到、早退现象（有无）

③该生依赖他人进行设计情况（有无）

平时成绩：指导教师签字：

年月日答辩小组评语：

①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。

②设计合理，实现设计要求。

③实现了大部分设计要求。

④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。

答辩成绩：组长签字：

年月日课程设计综合成绩：

答辩小组成员签字：

年月日