基于单片机的红外自动计数器设计

题 目 基于单片机的红外自动计数器的设计 学生姓名 葛明杰 学号 1 213014128 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子 1205 班 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2016 年 5 月 30 日陕西理工学院毕业设计基于单片机的红外自动计数器的设计作者：葛明杰（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业 1205班，陕西 汉中 723000）指导教师：王婷【摘要】在当今社会飞速发展的格局下，越来越多的流水线上的产品和各种商业场合的人员需要进行自动计数.基于单片机构成的产品自动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。本文所设计的计数器是采用红外对射方式，抗干扰性好，可靠性高。本设计应用单片机 STC89C51 芯片作为核心，4 位 LED 数码管，使用 LM393 芯片实现红外线计数。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，操作简单，编程容易等。本设计是利用无人或物遮挡时红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成低电平信号；如果有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出高电平信号，同时将这个电平信号送入单片机进行控制计数，并且使数码管显示数值。得到要统计的人或物的数量。【关键词】单片机；红外对射管；LM393； LED 数码管；STC89C51陕西理工学院毕业设计IIThe design of infrared automatic counter based on microcontroller Author: GeMingJie(Grade 12,Class 5,Major electronics and information engineering,School of Physics and Electronic Information Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor: Wang TingAbstract:Rapid development in the pattern of todays society, an increasing number of products on pipeline and a variety of business occasions need to automatically count. Based on SCM products constitute automatic counter has the advantages of intuitive and accurate count, now in a variety of commonly used in industry. This article is designed to counter radio-style method using infrared, interference immunity and high reliability. The STC89C51 microcontroller chip design applications as a core, 4 LED digital tube, the use of infrared LM393 chip count, and add the alarm function. This implementation method has the advantage of simple circuit, reliable, real-time, simple operation, easy programming and so on.The design of the guiding idea is to use infrared emission infrared LED, infrared receiver to receive the infrared, and enlarge, forming high commutation signal. When persons or block infrared light, the receiver does not receive infrared control signals, the amplifier the output low, while the level control signal into the microcontroller counts, and by decoding the digital display drive circuit values. This will be the number of persons or things to statistics. Key words: infrared shooting tube; LM393 ; LED digital tube；STC89C51陕西理工学院毕业设计III目录第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2红外自动计数器国内外研究现状 .11.3 研究主要成果及发展趋势 .1第 2 章 红外自动计数器总体设计 .42.1系统总体方案设计 .42.2 主控芯片简介 .6第 3 章 红外自动计数器的硬件设计 .83.1单片机最小系统的设计 .83.2 红外线检测部分 .113.3计数显示电路 .15第 4 章 红外自动计数器的软件设计 .174.1 Keil C51开发系统 .174.2系统软件设计流程图 .184.3 程序 .18第 5 章 系统调试 .215.1 系统的硬件调试 .215.2 软件调试 .21总 结 .22致谢 .23参考文献 .24陕西理工学院毕业设计IV附录 A 外文翻译 .25附录 B 仿真 .32附录 C 实物图 .33陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 33 页第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景及意义当今社会飞速发展，厂家进行产品生产作业时基本采用流水线技术，流水线上的产品如何进行实时、有效、精确的自动计数便成为了大家关注的问题。传统的电子式或机械式计数器有着一些缺陷，如较多的元器件数量, 较复杂的电路 ,有较高的故障率,维修难度较大。而且预定数值设置时不太方便,过于单一的功能且不易更改,适用范围较窄。而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时，精确，可靠，稳定等计数优点已成为广大厂家的首选自动计数的装置。电子计数器到目前为止已有 30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展计数范围，再加上提高计数精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据.目前这些基本技术日臻完善，成熟.应用现代技术可以轻松地将电子计数器的计数上限扩展到无限大。当今，单片微型计算机技术迅速发展，基于单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高.企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才.单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段。已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于设计者来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了.电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。1.2 红外自动计数器国内外研究现状计数器是工业生产流水线上重要的组成部分，其实时的、有效率的、精确的自动计数在很大程度上解决了工业生产的问题决定了生产效率成为广大厂家的首选自动计数的装置。但计数器种类繁多，如何选择一个方便有多功能的计数器成了广大厂家非常关心的核心老问题，如何让计数器超越简单的技术功能，成为生产流水线上的一把利器？而基于单片机的红外线计数器能够满足广大厂家的要求，它拥有实时，精确，可靠，稳定等技术有点而且体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点 11。利用单片机做红外线电子计数器能够使产品的稳定性、实时性、功能和性价比得到大幅的提高。早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。如今的产品自动计数器大多采用非接触式的计数触发方式。早已开发出了多种型号的专用检测芯片.而利用 AT89C2051 为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。而如何提高自动计数器的实时性，抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产厂家研究的主要课题.产品自动计数器主要用于工厂的流水线上，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境当中.而 MCS-51 系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误动作（单片机程序跑飞）或死机（程序进入死循环）.这也是基于单片机构成的产品自动计数器存在的致命问题。1.3 研究主要成果及发展趋势1.3.1 研究主要成果通过查阅相关德文献期刊书籍，对对红外线德一些研究成果如下：陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 33 页在作者王送德，朱小龙的对射式红外线计数器的设计文章中把红外线发射、接收模块作计数传感器代替了传统的光电传感器、红外线传感器。经作者实际应用验证，该方法在数据采集这方面它的抗干扰能力强，且在该设计中还使用了加密、解码技术，故工作稳定，计数准确，但是该实验是采用对射式的，所以发射管和接受管的方向一定要对正，这在现实中可能会造成不必要的麻烦 1。在作者谢洪的用单片机控制红外编码探测障碍物文章中采用由单片机控制发射一定意义的红外编码脉冲串，同时，单片机接收该脉冲串。如果接受到的信号和发射的信号基本一致，才判断为有障碍物的存在。经作者实际应用验证，这种方法能够较强的降低虚警率，具有较强的抗干扰性。作者在该文章中提到了 3 种编码的方案：（1）发送较短的编码串(1016 位) ，判断时间约610 ms。在接收过程中，不能有一位的误码，否则被判断为干扰，就要等待再次进行障碍检测。在检测过程中使用这种方案，不能出现干扰。（2）当大于 16 位的编码串被发送时(1632 位) ，有约 1020 ms 的判断时间。对接收“o”和“1”的编码误码统计，想要有效提高抗干扰能力，其中可以根据应用场合的需要，存在 12 位“o”的误码和 13 位“1”的误码。（3）发送大于 32 位编码串，判断时间20 ms。根据实际情况来分析接收的编码，以判断障碍的存在。且这三种方案都在该实验中得到验证 4。在作者王松德，梁会琴，王丹的红外线计数器的设计与制作文章中采用一体化红外线传感器 TX05D，由于 TX05D 使用了调制技术和采用带补偿的抗干扰器件，在一定程度上解决了抗干扰问题，使白天黑夜的灵敏度基本保持一致。使用十进制计数在计数部分。实现高亮度数字显示可通过 7 段译码器二合一集成电路 CD4033 直接驱动 LED 数码管。要确保电路工作更稳定、使用更安全可在电源部分使用变压器降压集成稳压器稳压。该设计电路和控制方案简洁明了，容易实现，具有应用推广价值 2。在作者戴培山，冯成德，刘栋的基于 keil+c51 的红外遥控器解码设计文章中采用HS9012 芯片，它是一块用于红外遥控系统中的专用集成发射电路，功耗低，外围元件少。该发射电路的发射码通过脉冲位相调制方式(PPM)进行编码，特点是效率高，抗干扰性能好。HS9012 的振荡频率为 fesc=455kH，高电平脉冲的宽度 Tm=256lose=056ms。根据计时/计数器 T0 的数值来判断脉冲的间隔，进而判断一位二进制遥控码是“0”，“1，还是“引导码”或是干扰码。这样用两个中断可以提高解码效率，节省解码时间。该设计接受装置简单明了，设计的 keil c51 程序通用性好，编写效率高，可以方便的移植到其它微控制器上，可靠性好，不受其他遥控器码的干扰 6。在作者王礼广、胡解生、熊东平、肖秀如的基于 RS 一 485 的静脉注射网络监控系统的设计与实验文章中采用 RS 一 485 收发器，该收发器采用平衡驱动和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，RS 一 485 接受器灵敏度可以达到 4-200 mV，在 100 kbits 速率下电缆长度可以达到 l 200 m，如果通信距离缩短，最大速率可达 10 Mbits。该系统性能稳定、安全可靠、操控直观方便 8。1.3.2 发展趋势电子计数器到目前为止已有 30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展计数范围，再加上提高计数精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子技术器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据，目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代化技术可以轻松地将电子计数器的计数上限扩展到无限大。随着单片微型计算机迅速发展，基于单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进生产技术水平的提高。企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 33 页应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才，单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点。已经实现或部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于设计者来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。红外线电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用红外线发射器发射红外线，接收器接收由物体阻挡或直射的红外线，把接受到的红外线信号转换为电脉冲，并由放大电路进行多级放大，通过计数芯片分析，计算出遮拦的次数，再由数码译码器翻译，通过动态数字显示方式显示被测物体遮挡的次数从而进行计数。随着红外技术的提高，在军事、医学等多种领域得到应用，在军事上可以用来防止敌人的侵入，在医学上可以查看病人的病情等。红外线电子计数器作为工业生产流水线上的重要组成部分，对任何一个大型乃至中、小型企业都是不可或缺的。它能够快速准确的统计产品的数量提高生产的效率，节约大量的人力资源，提高厂家的竞争力。并且随着红外计数器的不断改进，抗干扰能力增强，可以在许多恶劣的地方代替科研人员进行科学工作。陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 33 页第 2 章 红外自动计数器总体设计2.1 系统总体方案设计方案一电源监测、单片机保护专用芯片 X25045P专用检测芯片MCS-51 控制单元AT89C2051LED 显示驱动芯片 PS7219LED 显示掉电数据保护芯片 HT7044A 电源供电电路W7805图 2.1 红外线计数器硬件框图原理阐述：专业检测芯片形成计数脉冲后送给控制单元 AT89C2051 单片机。通过对它片内计数、显示编程。PS7219 是专用 LED 显示驱动芯片可以同时驱动 8 个 7 段数码管。 X2504P 是一块有电源电压监控、 EEPROM 和看门狗定时器电路三种功能于一体的芯片,它保证了在电源接通、关断、瞬间电源电压不稳时,不会造成系统死机、数据误写或误动作,大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力.HT7044A 能够保证系统突然掉电后保护数据。方案二红外发射、接收电路 LM393MCS-51 控制计数显示STC89C51显示驱动 LED 显示电源供电电路DC 电源图 2.2 红外线计数器硬件框图原理阐述：红外发射、接收电路（以 LM393 为核心）构成红外检测单元以及形成计数脉冲、经过