智能化光电计数器

1、光电计数器的设计摘要:21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感 与检测技术的重要性在一；ir是获得信息#对信息进行必要处理的基础技术， 是获取信息和处理加上信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电 效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使 电子逸出物体表而。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管 等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器 件包括各类半异体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体 内产生电动势的现象，此电动势称为光生

2、电动势。这类器件包括光电池、光电 品体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光 波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和 计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，已 是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的一下 接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制 作的光电式电子计数器。这种计数器在上厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器 不可取代的优点。关键词:计数光电传感器单片机设计内容与要求：1、发光器件和接收器件之间的距离大

3、于一米;2、有抗干扰技术，防止由一于抖动产生的误计数;3、每计数100，用等闪烁2S指示一下；4、LED数码显示计数器。第一章引言传感与检测技术是一门知识而广、综合程度高、实用性很强的专业课程。 已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，不同的传感器愉入一输出特性不同，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，传感器的输入一输出特性完全不同。感 测技术在许多新技术、新器件里都有应用，在课程安排上，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。自动化

4、的计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化 最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设各数字化和机电一体化的发展，对光 电计数器的需求日益增多。光电计数器设计一方而是为了巩固课本所学知识，完成知识迁移，另一方而 加强动手能力，识图能力及设计能力。光电计数器在实际生产中已经得到了广泛的应用。在应用中，光电传感器部 分主要有光 电断路器和光电开关，但在工业生产中主要使用的是光电开关，计数电路有CD 系列芯片织 成的，也有74系列芯片组成的，实际功能差别不大。基本设计要求:本次设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收 管，实现计数功能，掌握红外传感器相关知识，掌握单片机

5、汇编语言，学会如何实现无接 触计数。该系统可用:飞土厂生产线工件计数，通过红外光电管接收到的信号情况，由单片 机程序来控制是否计数。提高设计要求:要求光电发射级与接收级有1米以上的间距，能有较强的抗 干扰性。每100灯闪烁25。第二章光电计数器的系统设计2.1系统硬件设计1，上作原理检测部分使用红外对管:发射管和接收管。当有物体穿越光路时，接收头输出为 高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经由一电压比较器反相后送入CPU。接单片机P3.2 口，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给L皿显示。系统的原理框图如图1所示。图1系统电路原理图2,硬件电路的组成本系统的硬件电路由光电转换、单片

6、机系统、计数显示组成。本智能光电计数系统是利用Ai定时/计数器来:-L作的。当有物体通过时将 信号挡住，会遮断红外信号，红外接收器接收不到信号。每次遮断电压信号通 过电压比较器产生高电压通过电压比较器和非门使AT89C2052单片机的P3. 产生低电平，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过六个L数码管显示 出来单片机的P 口分时输出数据（段选码），用一气点亮六个数码管， AT89C2单片机的 PO.O、PO.1、.2 , 1.3 ,PO .4，PO .5，PO，6，PO，7 则选通 A，B，C，D，E，F，G，DP.2.1.1各模块组成在此系统中兴涉及了个模块，分别是光电转换、单片机系统模

7、块、计数显 示。红外的发射和接收模块位于生产流水线的两侧，通过感知红外线被阻断# 将此信号转化为电信号愉入到计算机内，由单片机实现技术功能，而单片机 系统是光 电计数系统的核心模块，实现的主要功能包括：1）实现O 999范围计数.2）要求使用红外发光二极管、光电管检测；3）每计数100，用灯闪烁2S指示一下4）要求光电发射管与接收管有1米以上的间距，发射器和接收器分别置 一气流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器接收 到发射来的红外线，经反相处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路， 接收器失去红外线信号便偷出一个脉冲信号到单片机进行计数。因此要达到要求的功能就需要单片机

8、控制部分要有很高的精确性和自 动化，各部件的有机结合实现了光电技术系统的功能。光电转换红外对管和Rl, RZ组成的光电检测电路，负责把被检测的数量转换成电压脉冲信号。土作时红外发光管发出的红外光线投射到光敏三极管上，光敏三极 管异通.，集电极输出低电平;当红外光线被检测物遮断时，光敏三极管截止， 集电极愉出高电平。遮断一次输出一个脉冲，因此脉冲的个数就是被检测物的 数量。红外对管中红外发光管的正向电流为50mA，在环境温度为25 OC时，它 的最大耗散功率100mW，正向压降1.5V。当环境温度上升时，允许的正向工作电流还要 减小。为了留有一定的欲量，取已的工作电流为2011J A。贝U_SV

9、 _ 1 .SV日1=二二二二二-二 175Q201 打 A取R1=200伞，其中SV是电源电压，1.5v是红外发光管的正向压降。根据红外对管的计数手册可知：使红外发光管的正向电流为201刀A，当有遮挡时，光敏三极管Iceo二100几 A;无遮挡时，光敏三极管的 = . 1T1，为了使光敏三极管能上作在开关状态，则_SV 一 0 .4VRZ 二一0 .7 冷;A取 R2 “10Ki，二 6 .7K 早其中SV是电源电压，0.4V是光敏三极管的饱和压降。红外对管的输出脉冲信号加到一个迟滞比较器（或者称作施密特触发器）。占有两个门 限电压，分别称作上门限电压VI和下门限电压VZ，两者的差值称为门限

10、宽度 获迟滞宽度，即:V=VI 一 VZ假设比较器偷出高电平V3，则V3和V。共同加到同向偷入端的合成电压:R3+RS v3、一卫互一 vccR3+RS当比较器输出为低电平V性时，按同样的分析求得加到同向输入端的合成电压为:vs=一里里一 v4、一卫互一 vccR3+RS若V1有大减小R3+RS的通过V5时，则vo由Vol上跃到VoZ。可见，上式所示的V5就是比较 器的下门限电压，即VZ=VS。相应的迟滞宽度为:R5V=Vl V=Vl 一 VZ=(V01 一 VoZ)3+RS调节1和R2,可以改变AV._.，曰 2R5、同时21( +)R3在实际应用中，利用迟滞比较器可以有效的克服噪声和干扰的

11、影响，利用迟滞 比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。因此，当被测物每遮挡一次红外对管时，施密特触发器输出一个宽度为T的脉 冲，该脉冲送到计数器去计数和显示。C4是滤波电容，可提高单稳态触发器的工作稳 定性。2、单片机系统模块以及计数显示模块当向P3 .2 口输入低电平时，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过三 个数码管 显示出来。2.1.2主要芯片元器件引脚图及功能介绍光电技术系统采用的芯片是A5其主要特性:兼容M C 551指令系统sk可反复擦写（1000 次）FIasB RO 1-32 个双向 I口 i 256xs bit 内部 RA1-3个16位可编程定

12、时一/计数器中断时钟频率-24 1 H-2个串行中断可编程AJAR丁串行通道-2个外部中断源共8个中断源-2个读写中断口线，3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能A 丁 89C52是一个低电压，高性能C11位单片机，片内含sk的可反复擦写的FIsI只读程序存储器和256yt的随机存取数据存储器（Rr1，器件采用AT I E L公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准fCS-指令系 统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的A 丁 8gC52单片机 可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。A 丁 89C52有4个引脚，32个外部双向输入I输出（il端口，同时内含

13、2个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，A 丁 89C 52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（5系列的才支持在线编 程）。其将通用的微处理器和FlasI存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FIsI存储器 可有效地降低开发成本。T有IP PQFITQFP及PL等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用土业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用一于会聚调整 时的功能控制。功能包括对会聚主I内部寄存器、数据尺A1及外部接口等功能部件的初 始化，会聚调整控制，会聚测试

14、图控制，红外遥控信号I的接收解码及与主板CPIJ通 信等。主要管脚有:X 丁 AL （ 脚）和X 丁 ALZ（脚）为振荡器输入输出端口，外接121 H.异振。RSTIII脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VC C（4脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+SV电源的正负端。PO 一 P3为可 编程通用1l脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P端口（3239脚）被定 义为N，功能控制端口，分别与H的相应功能管脚相连接，13脚定义为I F输 入端，10脚和1脚定义为I总线控制端口，分别连接Nl的SAS（脚）和SCLS（1g脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连

15、接主板CP J的 相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。图5 AT89C2052单片机引脚图电压比较器:电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输 出高、低两个电平的电压，以满足后而连接的数字电路对1和O两个逻辑电平 的要求。如图所示I为待比较的输入信号电压，VRES为输入参考电压。在这个电路中，VREF就 是比较的门限电压。当V工通过VREF时，输出电压VO发生突变，即:I由大减 小通过VHFV0由低电平值L上跃到高电平值VOH;而l由小增大通过HRH时，v0则由输出电压下跃VOL。2.2系统软件设计为了充分实现实时在线上业检测，在处理过程中采用中断方式

16、进行计数发射 电路始终发射红外信号，当传送带将物体送进入口时，将信号挡住，即将红外 信号变为脉冲信号，此时中断响宜，计数器记录进料数量并设定时中断为 rs，如果在进口中有其它异物通过时，它在设定的时间内不能长期保持有效.因 此，中断不响应，计数器不记录异物通过，这样可防止外界的干扰主程序流程 图如6示图6主程序流程图在光电计数系统中，设计软件可实现技术初始值为999,在生产流水线中有 产品通过时，红外线被阻断，AT89C2051 单片红外接收器没有收到发射器的红外信号，输出高电平。将此信号送人到机的P3。2 口100,用灯闪烁2S指示一下。使单片机系统开始工作。由软件实现计数值加一，#且每计数

17、根据光电技术系统的功能要求，设计出系统的工作流程图7,图7系统一作流程图最后是软测量效果评价，由一于土业生产过程中要求具有很高的精确性.因 此对软测量效果的评价是重要的。根据软测量的效果，确定模型是否需要进行 修正，哪些参数需要调整等。一旦发现软测量的效果不能满足一几实际应用 的需要，就必须考虑重新构造软测量模型，即重新构造软件的设计思路，设计 出满足实践需要的软测量系统第三章设计原理3.1计数测量计数的过程其实是获取脉冲源的过程，当有物体穿越光路时，接收头输出为 高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经由电压比较器反相后送入CPU 当传送带将被测物体传送到检测点时，物体将探头发送的红外线调

18、制信号反射 给探头，探头接收器产生的信号送到单片机P3, 2 口，启动计数器开始计数， 每次红外线的阻断都将转化成电信号被单片机芯片获取，在原来的数值上加1， 并将计数后所得的数据送给LED显示。3.2中断方式计数中断计数方式的实现是靠获取中断源，在MCS 一 51单片机中有五个可屏 蔽的中断源，片内中断源三个，片外中断源两个，f 1.们在程序存储器中各有 固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序，其中外部中断源1IT（外部中断 0）请求由引脚H*输入，一旦输入信号有效（低电平或负跳变），咛H申请中断， 如果CU响应中断，会自动转到3H，执行相应的中断服务子程序，IIT（外 部中断1）请求由引

19、脚孔输入，一旦输入信号有效，即向H申请中断，如果CPU响应中断，会自动跳转到00H处，执行相应的中断 服务子程序，在中断系统中涉及一些特殊寄存器的使用，这些寄存器能够控制中断。我们把打断单片机正常工作的外部信号接到单片机的lNT引脚，经过软 件对有关寄存器的设置，单片机就可知道外界信号的变化，从而中断主程序的。当系统接 侧到信号由高到低的负跳变时引发中断，中断过程中不产生计数，对于外部中断源的撤除， 当外部中断采用边延触发方式时，CPU响应中断后，由硬件自动清除其中的中 断标志位工H或工E1，无需采取其他措施。当外部中断源采用电平触发方式 时，C1响应中断后不会自动清除中断请求标志位II或IE

20、，同时也不能用 软件清除，当CPU执行完中断程序后返回主程序，发现外部中断源位J飞低 电平时，仍会响应低电平。即外部中断源位于低电平时，则中断标志I或I 1 就会为“1”。在实际应用过程中根据实际情况采取软硬件配合使用的方法。第四章软件程序设计4.1时间控制设置在上业生产中为了提高上作效率，需要系统有很高的自动化并且要有很高 的统计精确性，所以再设计系统时一些时间控制也显得十分重要。4.2 10ms 定时计数器记录进料数量#设定时中断为la，如果在进口中有其它异物通过 时，已在设定的时间内不能长期保持有效.因此，中断不响应，计数器不记录异物通过，这样可 防止外界的干扰。此系统引用.导.振为12

21、MHz的频率，设置定时11115，源程序如一下：DLY 10mS:MOV R6，#20DI:MOV R7, #20DJNZ R7, $DJNZ R6, DlRET4.3中断闪烁2s;SHANZS: SETB P2.7;闪烁 2SACALL DLY10msCLRACALLDJNZ4.4总程序调试FIRSTSECONDTHIRDORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP INT_OPZ.7DLY 10msR4, SHAN2SEQU 21H;定义个位EQU 22H ;定义十位EQU 23H;定义百位;程序从0地址开始;跳到STRAT处执行;I NTO中断向量;跳至州TO处执行S

22、TART:SETB EA；开中断SETB ITO ;中断 O 允许 P3.2 口SETB EXO ；负跳变触发CLEAR:；初始化显示0000MOV FIRST, #0MOV SECOND, #0MOV THIRD,#0SHOW:;显示子程序Mov DPTR, #TAB;DPTR指向编码表位置MOV A,FIRST;将FIRST的内容复制到ACCMOVC A,A+DPTR;根据Acc的值取出编码表中的编码MOV P0，A;由PO 口输出ACC的内容CLR P2.3;置位 P2.3LCALL DELAY;调用延时子程序SETBP2.3;清零PZ。3/*显示个位*/MOV DPTR,#TAB;指向

23、编码表位置MOV A,SECOND;将SECOD的内容复制到ACCMOVC A,A+DPTR;根据Acc的值取出编码表中的编码MOV P0, A,;由PO 口输出ACC的内容CLRP2.2 ;置位 P2.1LCALL DELAY；调用延时子程序SETB P 零 PZ。2/*显示十位*/IVH, #T;T 指向编码表位置OVA, H I I;将HII的内容复制到ACCIOVCA,以+ T I;根据ACC的值取出编码表中的编码OvHO,;由PO 口输出ACC的内容C IRH .1;置位 PZ。lL以LL DELAY;调用延时子程序 l.1;清零 P2.1/*显示百位*八MOV DPTR，#TAB;DP TR指向编码表位置OvHO,;由PO 口输出ACC的内容L,MP SHAW ;调用显示子程序工NTO:;中断子程序CLR EAI ICIRS li HI1S的内容加 1OvA, H I RS T;将Il的内容复制到ACC.JIIA , 1 , HI T;如果A不等=Jv 10，则跳至I 1处执行VH I ST, ;将 0 复制到ISTINC S CONI;将SECO叨的内容加1OvA,5 CI;将SECO叨的内容复制到ACCCJNEA, #10, EXIT;如果A不等=- 10,则跳至L2处执行Ov 5lCON, #0;将