------------------------------------------------------------------------光電檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)流水線光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)光電檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)流水線光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)儀器科學(xué)與工程學(xué)院組長(zhǎng)：組員：目錄1引言 22設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 22.1基本內(nèi)容 22．2提高要求 23光電計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1．1各模塊組成 43.1.2系統(tǒng)總電路圖 73.2軟件程序設(shè)計(jì) 84結(jié)束語 11參考文獻(xiàn) 11流水線光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)摘要：本系統(tǒng)采用的是以單片機(jī)AT89C52為核心的自動(dòng)計(jì)數(shù)器。將紅外發(fā)光管與光電接收管相對(duì)放置，每當(dāng)物體通過一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個(gè)變化的電壓信號(hào)通過放大和處理后，輸入至單片機(jī)AT89C52的P3.2口，通過軟件控制并以LED加以顯示，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。本計(jì)數(shù)器可將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用LED數(shù)碼管顯示，可適用于諸多行業(yè)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)觸發(fā)，光電式傳感器ThedesignofphotoelectriccounterKeywords：automaticcounters,countingtrigger,photoelectricsensor1引言21世紀(jì)是信息時(shí)代，獲取信息，處理信息，運(yùn)用信息。傳感與檢測(cè)技術(shù)的重要性在于它是獲得信息并對(duì)信息進(jìn)行必要處理的基礎(chǔ)技術(shù)，是獲取信息和處理加工信息的手段，無法獲取信息則無法運(yùn)用信息。在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對(duì)隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量或?yàn)橛?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。而數(shù)字式電子計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。數(shù)字式電子計(jì)數(shù)器有多種計(jì)數(shù)觸發(fā)方式，它是由實(shí)際使用條件和環(huán)境決定的，通常分為接觸式計(jì)數(shù)器和非接觸式計(jì)數(shù)器兩種。本次設(shè)計(jì)的光電計(jì)數(shù)器為非接觸式計(jì)數(shù)器中的一種。光電式傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器。它的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。這類效應(yīng)大致可分為三類。第一類是外光電效應(yīng)，即在光照射下，能使電子逸出物體表面。利用這種效應(yīng)所做成的器件有真空光電管、光電倍增管等。第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，即在光線照射下，能使物質(zhì)的電阻率改變。這類器件包括各類半導(dǎo)體光敏電阻。第三類是光生伏特效應(yīng)，即在光線作用下，物體內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，此電動(dòng)勢(shì)稱為光生電動(dòng)勢(shì)。這類器件包括光電池、光電晶體管等。光電效應(yīng)都是利用光電元件受光照后，電特性發(fā)生變化。敏感的光波長(zhǎng)是在可見光附近，包括紅外波長(zhǎng)和紫外波長(zhǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)數(shù)器的輔助功能也逐漸增加，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多功能計(jì)數(shù)器，多功能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品的響應(yīng)度較高，交直、流電兩用、耗能低、價(jià)格低、無機(jī)械碰撞、無磨損、使用壽命長(zhǎng)，既可計(jì)數(shù)，又可計(jì)算。例如在毛衣編織機(jī)上運(yùn)用，除可計(jì)數(shù)和計(jì)算外，還可實(shí)現(xiàn)斷線報(bào)警。通用計(jì)數(shù)器不僅可測(cè)頻率、周期還可以測(cè)多周期平均、時(shí)間間隔、頻率比和累計(jì)等。系列化微波計(jì)數(shù)器是電子計(jì)數(shù)器發(fā)展的一個(gè)重要方面。由于有光電計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)理念，因此有了光電計(jì)數(shù)的發(fā)展。在市場(chǎng)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)需求增長(zhǎng)有所減緩的現(xiàn)狀下，產(chǎn)能擴(kuò)張的勢(shì)頭并沒有得到較好的控制。產(chǎn)能過剩、重復(fù)建設(shè)不僅導(dǎo)致生產(chǎn)與消費(fèi)的失衡，而且還引發(fā)了電子計(jì)數(shù)器行業(yè)內(nèi)的一系列惡性價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，影響了電子計(jì)數(shù)器行業(yè)業(yè)的盈利能力。由于當(dāng)前電子計(jì)數(shù)器行業(yè)效益下滑，所以對(duì)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)企業(yè)授信更要慎重。必須關(guān)注電子計(jì)數(shù)器行業(yè)子行業(yè)，關(guān)注電子計(jì)數(shù)器行業(yè)上下游企業(yè)，優(yōu)化客戶結(jié)構(gòu)，針對(duì)電子計(jì)數(shù)器行業(yè)行業(yè)需求進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1基本內(nèi)容本次設(shè)計(jì)光電計(jì)數(shù)器，使用紅外發(fā)光二極管、紅外接收管，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。實(shí)際工作示意圖：通過對(duì)光電傳感器經(jīng)過比較器輸出的脈沖數(shù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)出產(chǎn)品數(shù)。通過LED數(shù)碼管顯示出來。3光電計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)檢測(cè)部分使用紅外對(duì)管：發(fā)射管和接收管。當(dāng)物體穿過光路時(shí)，接收頭輸出為高電平，反之則為低電平，接收頭的電平信號(hào)經(jīng)由一電壓比較器反相后送入CPU。接單片機(jī)P3.2口，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)后所得的數(shù)據(jù)送給LED顯示。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。生產(chǎn)流水線89C52單片機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)流水線89C52單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)數(shù)顯示紅外線接收器紅外線發(fā)射器圖3.1系統(tǒng)電路原理圖本系統(tǒng)的硬件電路由光電轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)顯示組成。3.1.1光電轉(zhuǎn)換圖3.2光電轉(zhuǎn)換電路紅外對(duì)管和R1，R2組成的光電檢測(cè)電路，負(fù)責(zé)把被檢測(cè)的數(shù)量轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號(hào)。工作時(shí)紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外光線投射到光敏三極管上，光敏三極管導(dǎo)通，集電極輸出低電平；當(dāng)紅外光線被檢測(cè)物遮斷時(shí)，光敏三極管截止，集電極輸出高電平。遮斷一次輸出一個(gè)脈沖，因此脈沖的個(gè)數(shù)就是被檢測(cè)物的數(shù)量。紅外對(duì)管中紅外發(fā)光管的正向電流為50mA，在環(huán)境溫度為25°C時(shí)，它的最大耗散功率100mW，正向壓降1.5V。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，允許的正向工作電流還要減小。為了留有一定的欲量，取它的工作電流為20mA。則R1==175?取R1=200?，其中5V是電源電壓，1.5V是紅外發(fā)光管的正向壓降。根據(jù)紅外對(duì)管的計(jì)數(shù)手冊(cè)可知：使紅外發(fā)光管的正向電流為20mA,當(dāng)有遮擋時(shí)，光敏三極管Iceo=100nA；無遮擋時(shí)，光敏三極管的Ic=0.7mA.為了使光敏三極管能工作在開關(guān)狀態(tài)，則R2==6.7K?取R2=10K?，其中5V是電源電壓，0.4V是光敏三極管的飽和壓降。紅外對(duì)管的輸出脈沖信號(hào)加到一個(gè)遲滯比較器（或者稱作施密特觸發(fā)器）。它有兩個(gè)門限電壓，分別稱作上門限電壓V1和下門限電壓V2，兩者的差值稱為門限寬度獲遲滯寬度，即：ΔV=V1-V2假設(shè)比較器輸出高電平V3，則V3和Vcc共同加到同向輸入端的合成電壓：V=V3+Vcc當(dāng)比較器輸出為低電平V4時(shí)，按同樣的分析求得加到同向輸入端的合成電壓為：V5=V4+Vcc若Vi有大減小的通過V5時(shí)，則Vo由Vo1上躍到Vo2?？梢姡鲜剿镜腣5就是比較器的下門限電壓，即V2=V5.相應(yīng)的遲滯寬度為：ΔV=V1-V2=（Vo1-Vo2）調(diào)節(jié)R1和R2,可以改變?chǔ).同時(shí)Tw=2ln（1+）在實(shí)際應(yīng)用中，利用遲滯比較器可以有效的克服噪聲和干擾的影響，利用遲滯比較器，只要噪聲和干擾的大小處在遲滯寬度內(nèi)，就不會(huì)引起錯(cuò)誤的階躍。因此，當(dāng)被測(cè)物每遮擋一次紅外對(duì)管時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出一個(gè)寬度為Tw的脈沖，該脈沖送到計(jì)數(shù)器去計(jì)數(shù)和顯示。C4是濾波電容，可提高單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作穩(wěn)定性。3.1.2單片機(jī)系統(tǒng)此設(shè)計(jì)采用的是AT89C2052單片機(jī)進(jìn)行控制計(jì)數(shù)。AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。兼容MCS51指令系統(tǒng)·8k可反復(fù)擦寫(>1000次）FlashROM·32個(gè)雙向I/O口·256x8bit內(nèi)部RAM·3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷·時(shí)鐘頻率0-24MHz·2個(gè)串行中斷·可編程UART串行通道·2個(gè)外部中斷源·共6個(gè)中斷源·2個(gè)讀寫中斷口線·3級(jí)加密位·低功耗空閑和掉電模式·軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.1.3計(jì)數(shù)原理（單片機(jī)外部中斷）1.

中斷的定義

所謂“中斷”，是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一段程序的過程中，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，有必要中止原程序的執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再返回來繼續(xù)執(zhí)行原程序的過程。

251單片機(jī)的外部中斷

1.外部中斷源端口的引腳

外部中斷0：端口引腳為12（P3.2），引腳符號(hào)為INT0。

外部中斷1：端口引腳為13（P3.3），引腳符號(hào)為INT1。

2.外部中斷請(qǐng)求方式

負(fù)邊沿觸發(fā)，使控制位IT0=1即可。

低電平觸發(fā)，使控制位IT1=0即可。

AT89S52單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求后會(huì)自動(dòng)將外部中斷標(biāo)志位清0，但由于外部中斷請(qǐng)求方式的特點(diǎn)，在使用外部中斷中要注意避免重復(fù)請(qǐng)求問題。

3.8位、可位尋址、復(fù)位后內(nèi)容為00H；

作用：為外部中斷源和定時(shí)/計(jì)數(shù)功能服務(wù)；

TCON寄存器

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

IT0：INT0中斷請(qǐng)求觸發(fā)標(biāo)志，1為負(fù)邊沿觸發(fā)，0為低電平觸發(fā)；

IE0：INT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位；

IT1：INT1中斷請(qǐng)求觸發(fā)標(biāo)志，1為負(fù)邊沿觸發(fā)，0為低電平觸發(fā)；

IE1：INT1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位；

四．51單片機(jī)外部中斷源應(yīng)用步驟

1.設(shè)置外部中斷請(qǐng)求允許位，設(shè)置IE寄存器中的EA、EX1、EX0；

2.選擇適合的外部中斷請(qǐng)求觸發(fā)方式，設(shè)置TCON寄存器的IT1、IT0；

3.編寫中斷處理子程序，注意該子程序的返回指令是RETI；

4.注意，INT0的中斷入口地址為0003H，INT1的中斷入口地址為00013H；

在AT89S51中應(yīng)用兩種外部中斷源時(shí)需要考慮上述四個(gè)步驟，但順序依據(jù)編程人員自身特點(diǎn)進(jìn)行合理安排?；诖嗽?，我們選擇有外部中斷來計(jì)數(shù)光電檢測(cè)的變化次數(shù)，產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí)，不斷地遮擋光源到光敏器件間的光路，使光電脈沖電路隨產(chǎn)品的有無產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次，光電脈沖電路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目。該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)并由顯示電路顯示出來。3.1.4顯示模塊：當(dāng)向P3.2口輸入低電平時(shí)，經(jīng)內(nèi)部程序運(yùn)算后進(jìn)行加法處理，其結(jié)果通過三個(gè)數(shù)碼管顯示出來。圖3.4顯示電路3.1.4系統(tǒng)總電路圖圖3.5系統(tǒng)總電路圖當(dāng)有物體通過時(shí)，光電轉(zhuǎn)換電路中的集電極輸出高電平。每通過一個(gè)物體形成一個(gè)脈沖，即計(jì)數(shù)一次，脈沖數(shù)即通過的物體數(shù)。計(jì)數(shù)后由LED顯示。3.2軟件程序設(shè)計(jì)為了充分實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線工業(yè)檢測(cè)，在處理過程中采用中斷方式進(jìn)行計(jì)數(shù)。發(fā)射電路始終發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)傳送帶將物體送進(jìn)入口時(shí)，將信號(hào)擋住，即將紅外信號(hào)變?yōu)槊}沖信號(hào)，此時(shí)中斷響應(yīng)。計(jì)數(shù)器記錄進(jìn)料數(shù)量并設(shè)定時(shí)中斷為1ms，如果在進(jìn)口中有其他異物通過時(shí)，它在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)不能長(zhǎng)期保持有效。因此，中斷不響應(yīng)，計(jì)數(shù)器不記錄異物通過，這樣可防止外界干擾。在光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)軟件可實(shí)現(xiàn)技術(shù)初始值為999，在生產(chǎn)流水線中有產(chǎn)品通過時(shí)，紅外線被阻斷，紅外接收器沒有收到發(fā)射器的紅外信號(hào)，輸出高電平。將此信號(hào)送人到AT89C2051單片機(jī)的P3．2口．使單片機(jī)系統(tǒng)開始工作。由軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)值加一。C語言：******************************************************************/#include<reg52.h>#defineucharunsignedcharunsignedlongnum;ucharj,k;uchara0,b0,c0,d0,e0,f0;sbitdula=P2^6;sbitwela=P2^7;sbits2=P3^0;sbits3=P3^5;unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};voiddelay(uchari){ for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--);}voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard,uchare,ucharf){dula=0;P0=table[a];dula=1;dula=0;wela=0;P0=0xfe;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[b];dula=1;dula=0;P0=0xfd;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[c];dula=1;dula=0;P0=0xfb;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[d];dula=1;dula=0;P0=0xf7;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[e];dula=1;dula=0;P0=0xef;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[f];dula=1;dula=0;P0=0xdf;wela=1;wela=0;delay(5);}voidkeyscan(){ if(s3==0) { while(s3==0); num=0; }}voidmain(){ while(1) { keyscan(); if(num<10) { a0=num;b0=16;c0=16;d0=16;e0=16;f0=16; } else { if(num<100) {a0=num/10;b0=num%10;c0=16;d0=16;e0=16;f0=16;} else { if(num<1000) {a0=num/100;b0=num%100/10;c0=num%10;d0=16;e0=16;f0=16;} else { if(num<10000) {a0=num/1000;b0=num%1000/100;c0=num%100/10;d0=num%10;e0=16;f0=16;} else { if(num<100000) {a0=num/10