基于单片机的光电计数器课程设计.doc

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计 控 学 院
College of puter and control engineering
Qiqihar university

电气工程课程设计报告

题目：基于单片机的光电计数器

系 别 电 气 工 程 系
专业班级 电气123班
学生XX 宋恺
学 号 2012024073
指导教师李艳东
提交日期2015年6月24日
成 绩

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摘 要
光电计数器是利用光电元件制成的自动计数装置。其工作原理是从光源发出的一束平行光照射在光电元件(如光电管、光敏电阻等)上，每当这束光被遮挡一次时，光电元件的工作状态就改变一次，通过放大器可使计数器记下被遮挡的次数。光电计数器的应用X围非常广泛，常用于记录成品数量，例如绕线机线圈匝数的检测、点钞机纸币X数的检测、复印机纸X数量的检测，或展览会参观者人数。
光电计数器与机械计数器相比，具有可靠性高、体积小、技术频率高、能和计算机实现自动控制等优点。本文即介绍基于MCS-51单片机的光电技术器。

关键词：单片机；光电计数器；数码显示；自动报警

目录

1 设计目的及意义1
2 设计内容1
2.1 系统整体设计1
2.1.1 实验方案1
2.1.2 光电计数器结构框图2
图1 光电计数器结构框图2
2.2系统硬件设计2
2.2.1稳压直流电源电路2
2.2.2发射接收电路3
2.2.3显示电路3
2.2.4报警电路4
2.2.5硬件系统4
2.3系统软件设计6
3 结论7
4 参考文献8

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1 设计目的及意义
设计要求：
(1) 实现0~99999X围内计数，能在超出最大值后溢出报警；
(2) 通过LED显示数据；
(3) 要求使用光电传感器检测；
(4) 能在设定值报警，在报警后延时3s自动关闭报警并自动重新计数；可以手动清除报警；
(5) 有抗干扰技术，防止背景光或物件抖动时产生误计数；
通过本次基于单片机的光电计数器课程设计，使我能够将在课堂上学习到的单片机理论知识与实际应用结合起来，而且能进一步加深对电子电路、电子元器件、印制电路板等知识的认识与理解，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。
2设计内容
2.1 系统整体设计
2.1.1 实验方案
本系统采用的是以单片机AT89C51为核心的自动计数器。采用光电式传感器，每当物体通过一次，红外光就被物体反射，光电接收管接收一次，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，形成计数脉冲，通过光电隔离耦合并行输入至AT89C51单片机的P2.0口，通过软件控制和键盘设定计数值并用 LCD1602 显示屏加以显示，便可实现对物体的计数统计，这样就得到要统计的人或物的数量。利用AT89C51单片机来制作一个光电计数器，在AT89C51单片机的P2.1、P2.2和P2.3管脚分别接一个轻触开关（按键），作为计数器数字位数的增加、减少和设置 ；在AT89C51单片机的P2.0管脚接一个光电式传感器，作为光电计数器的接受和发送部分 ；用单片机的P3.0－P7.7和P1.5－P1.7接LCD1602显示屏，作为0－99999计数显示。

2.1.2 光电计数器结构框图

显示电路

单片机
AT89C51
最小系统

报警电路

发射接收电路

电源电路

图1 光电计数器结构框图

2.2系统硬件设计
整个光电计数器系统主要由电源部分、光电发射与接收电路、计数电路、报警电路这几个部分组成。当有物体经过时，光电式传感器中红外发光二极管发出的红外信号被物体反射至光电接收管，光电发射与接收电路把被计数的物体的变化转换成电平信号，通过电平信号的变化，计数器就计数一次。当达到设定的报警值时，报警电路发出报警，并且能在报警后延时 3 秒钟自动关闭报警并自动重新计数同时可以手动清除报警，能够实现无接触计数。该系统的整体结构框图如图 1所示。

2.2.1稳压直流电源电路
电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器 7805 稳压后供电，电源用 220V 的家庭用电经变压器降至 9V 交流电，然后经四个整流二极管（D1 ～ D4）组成的桥式整流成直流电压，经C1滤波后输入7805芯片稳压成5V直流电源供红外发射、接收电路、AT89C51 等供电。本设计是将稳压直流电源做成一个单独的模块，电源模块将为AT89C51单片机、传感器等提供5V直流电源 ，电源模块如图2所示。

图2 电源模块

2.2.2发射接收电路
本设计使用的光电接受部分是红外光电式传感器，它是采用光电元件作为检测元件的传感器。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讲光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成，其中光电传感器是型号为E18-B03N1封装的红外反射传感器。
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由高电平状态变为低电平状态，通过与单片机P2.0口接收检测的高低电平变化。

2.2.3显示电路
本设计采用LCD1602来进行数据的显示，如图3所示。显示部分主要是显示在线实时检测到所测人或物的数目，LCD1602 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。

图3 LCD1602显示部分电路

2.2.4报警电路
本设计中报警器采用蜂鸣器，只需要采用三极管驱动即可，由于蜂鸣器工作状况与 LED 相似，必须有限流电阻存在。HOLD 输出端为锁定信号，用于锁定计数器，处于锁定状态时，按下复位电路的复位键后，解除报警，计数器重新开始计数。

2.2.5硬件系统
对应于光电计数器的系统结构图，相应得到系统硬件设计的电路原理图，电路原理图主要包括五个部分：AT89C51单片机的最小系统、稳压直流电源电路、发射接收电路、显示部分电路、报警电路，光电计数器原理图如图4所示。

图4 光电计数器原理图

根据光电计数器的设计电路，如图5所示，该PCB板为单面板，大小尺寸为90mmx80mm，其中普通电容和电阻均为0805封装的贴片元件，晶振为12MHz。

图5 硬件PCB板

2.3系统软件设计
根据光电计数器的设计要求，光电计数器首先要初始化，给光电计数器设定光电计数器需要计数的大小X围（0-99999），然后在应用光电计数器中的光电传感器来检测高低电平的变化（高电平变化到低电平），通过单片机处理后开始计数，当计数大小达到开始设定的设定值，报警电路发出报警信号。软件流程图如图6 所示。

开始

初始化

光电传感电路模块

红外接收？

N
Y
AT89C51单片机初始化

开始计数

LED显示

计数至预设值？
N

报警电路
Y

结束

图6 软件流程图

3结论
本设计全部采用常用的小规模集成电路，电路结构简单可靠，能够提供准确的统计值，成本低廉。电路采用模块化设计，因此具有较高的二次开发性，本文所设计的计数器抗干扰性好，可靠性高，可用于测量商场，电影院，博物馆，展览、车站、码头、银行等公共场合的人员数量及人员流通数量，同时丝毫不会侵犯被测人员的个人隐私。该产品应用广泛，常用于测量流水线上产品的数量，以及可检查产品有无缺陷。
4参考文献
[1]X媛媛. 基于单片机的光电报警系统. 电子世界，2013.14
[2]斯芸芸. 红外光电计数器的设计与制作.电子制作，2013.10
[3]卢斌.基于单片机的双向光电计数器.制造业自动化，2012.13
[4] 唐中燕.基于单片机的智能型光电编码器计数器.仪器仪表用户，2001.05

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