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1、吉林大学珠海学院 毕 业 设 计 生产物料计数器设计生产物料计数器设计 系系 别：别： 电子信息系电子信息系 专专 业业 名名 称：称： 测控技术与仪器测控技术与仪器 学学 生生 姓姓 名：名： 杨梓铎杨梓铎 学学 号：号： 0311131003111310 指导教师姓名、职称：指导教师姓名、职称： 魏晨魏晨 助教助教 完成日期：2015 年 4 月 30 日 0 摘摘 要要 近年来，计数器技术迅猛发展，以微处理器为核心的计数系统变得非常流行，因为 这种系统相对于人工来说，具有稳定可靠，节省资源的优点。使用自动计数器对生产线 上的物料进行统计，在日常的工业生产中有广泛的应用，对通过的物料进行计
2、数，完成 对物料的统计，既提高了劳动力，又节省了资源。 以微处理器核心的自动产品计数器具有抗干扰能力强，计数准确等优点，目前在工 业生产线上得到广泛的应用，提高了效率，增加了计数的可靠性。本文设计了一种非接 触式物料计数装置，采用一对红外发射接收管作为红外计数器的信号检测头，主要包括 以下模块：信号采集电路，信号放大整形电路，信号处理电路，处理结果显示电路。 关键词：自动计数; AT89C51; 数码管显示; 1 Abstract As the technology of counter development and progress, more and more types of coun
3、ters, increasingly wide range of applications, followed by increasingly fierce competition. Counter for counting certain objects automatically, in real life there is a wide range of applications, the object is counted by realized collect statistical data, such as in the production and application of
4、 the number of control lines in areas such as packaging, to save labor, can efficiently complete the task . Automatic counter microcontroller based products constituted an intuitive and precise counting advantages, has been widely used in various industries. There are many forms of digital counters,
5、 in general, there are contact and non-contact two in science and technology development today, the non-contact infrared counter has been widely used. This design uses a pair of infrared emission receiving tube as an infrared signal detection counter head, with low prices, good anti-interference, si
6、mple structure, convenient operation. Mainly includes the following modules: a signal acquisition circuit, signal amplification shaping circuit, a signal processing circuit, the processing result display circuit. Key words：Automatic Count；AT89C51 Monolithic Integrated Circuit；Nixie tube 2 目录 1 绪论 1
7、1.1 设计背景.1 1.2 发展状况.1 1.3 系统设计要求.2 2 自动计数装置方案论证 2 2.1 方案论证与选择.3 2.1.1 总体方案选择.3 2.1.2 单片机控制芯片模块.5 3. 关键器件选型 .6 3.1 AT89C51.6 3.2 红外对管 HD-DS100CM .6 4 系统单元电路设计 8 4.1 电源供电电路.8 4.1.1 桥式整流电路.8 4.1.2 滤波电路分析.9 4.2 红外线检测电路10 4.3 数码管显示部分 11 4.4 单片机控制电路12 4.4.1 计数电路12 4.4.2 时钟电路13 4.4.3 复位电路14 4.4.4 蜂鸣器报警电路15
8、 5 软件部分 .16 5.1 主程序流程16 5.2 脉冲计数中断流程图16 5.3 中断显示流程图17 6 系统测试 .18 7 全文总结 .20 3 附录 .21 参考文献 .24 致 谢 25 0 1 绪论 1.1 设计背景 近年来，计数器技术迅猛发展，以微处理器为核心的计数系统变得非常流行。计数 器的先进程度成为了厂家们的主要竞争方面。厂家们为了增加竞争力，不得不改进技术， 并且增加计数器的种类。计数器种类变得多种多样，包括：电子的计数器、机械的计数 器、电磁的计数器、液晶的计数器等。计数器在工业生产领域应用非常广泛。 以微处理器为核心的计数器对流水线上物料实现自动计数，在流水线上已
9、经普及， 对通过红外对管的物料进行计数，实现对物料总数的统计，例如在在生产线上对物料数 目的实时统计，能减少劳动力，减少计数误差。光电计数器是一种非接触式的计数器， 在很多场合具有比其他器件更优越的可靠性，因此工业生产，实时监测，自动化控制等 领域经常使用到计数器。随着现代工业化的不断发展，生产过程中的物料计数变得越来 越重要，可以在很大程度上减小人为计数所带来的误差。 各个厂家都迫切地需要改进技术，从而提高生产率，因为当今的市场竞争已经变得 很激烈，特别是在计数器技术方面。以往一直采用的人工计数方法效率不高，并且准确 率较低，容易漏计或多计，致使企业生产效率低。 针对上面提到的问题，本设计以
10、 AT89C51 为核心，利用红外对管 HD-DS100CM 的 特性，取电压比较器负输入端的电压为参考电压，然后通过电压比较器输出的高低电平 来判定是否有物料挡住了红外对管，当红外发射管发出的红外光照射到接收管的时候， 红外接收管等效成一个很小的电阻，则电压比较器的正向输入端的电压小于负向输入端， 这就导致了电压比较器输出为低电平；当红外发射管发出的红外光被物料挡住的时候， 接收管接收不到红外线，这时候接收管等效成一个阻值很大的电阻，则电压比较器的正 向输入端电压大于负向输入端电压，电压比较器将输出高电平，然后通过单片机 AT89C51 处理，输出精准的计数值，在数码管上显示出来。 基于单片
11、机的物料计数器系统的核心元件主要是 AT89C51 单片机、红外发射管和红 外接收管、数码管。根据系统的要求，本设计以微处理器 AT89C51 为核心。本文主要研 究 AT89C51 单片机对外部计数脉冲进行计数显示控制，单片机的外围拓展电路，以及提 高系统的抗干扰能力。采用红外对管 HD-DS100CM，当有物料挡住红外光时，接收管不能 接收到发射管发射的红外信号，则此时电压比较器的正向输入端的电压大于负向输入端 的电压，电压比较器将会输出一个高电平，同时单片机会读取该电平信号，经过处理之 后，在数码管上将数值显示出来。这样就能知道通过生产线的物料个数了。本设计能够 从 0 计数到 99 ，
12、并将计数值准确地在数码管上显示出来，当计数达到 99 时发出报警， 并自动清零。 1 1.2 发展状况 近年来，计数器技术迅猛发展，其应用已经遍布各个领域，厂家们的竞争变得越来 越激烈。计数器技术的先进程度成为了厂家之间的主要竞争方面。厂家们为了增加竞争 力，不得不改进技术，并且增加计数器的种类。 电磁计数器主要应用于对电脉冲信号的统计。通过与其他模块的搭配,可以组成数字 化显示仪器，在轻工业、化工、鞋业、机电、开采业、重工业、食品、玩具等行业都有 广泛的应用。随着电子计数器的发展，电磁计数器将会被其他计数器取代，但在一些环 境复杂，电压不稳定条件下，电磁计数器有着生存空间。 利用数字电子技术
13、，在给定时间内对所通过的脉冲数进行计数，并将结果显示出来， 就是电子计数器。电子技术器具有很多优点，例如操作简单，响应速度快，多量程，功 能强大，无论是在工业生产领域还是科研领域都有广泛的应用。 机械计数器是一种以机械形式来计数的机器，例如：计数跳绳上的计数器。液晶计 数器采用 LED 液晶显示，具有计数范围广、多种计数信号输入、多种输出工作模式、正/ 倒计数、计数性能稳定可靠等优点。 单片机的发展已经经历了 20 多年，从这么多年来单片机发展历史能够看出，嵌入式 系统应用已经离不开单片机了，单片机的广泛应用更是带动了其他领域的发展，其发展 趋势比其他数字电路还要迅猛。以单片机为核心的物料计数
14、器具有性能好，抗干扰能力 强等优点。 1.3 系统设计要求 本设计应满足以下几点要求： 1.系统有比较强的抗干扰能力,当车间温度发生变化或物料的运动速度发生变化时，生 产物料计数器仍然能够正常工作。 2.计数范围：0099，计数值超过 99 时，生产物料计数器能够自动清零。 3.将计数值准确显示地在数码管上显示出来，当计数值达到 99 时，系统将自己清零， 并发出报警。 2 2 自动计数装置方案论证 2.1 方案论证与选择 2.1.1 总体方案选择 方案一： 如图 2-1 所示， AT89C51 单片机对专用检测芯片的输出结果进行处理，单片机进行 计数，并将结果在 LED 数码管上显示出来。7
15、4LS245 是一种常用的芯片，由于其输 出电流较大，驱动能力较强，故常用来驱动 LED 或数码管。AT24C02 是掉电保护芯 片，即使掉电了，数据也仍然能够保存下来，这就大大地增加了系统的抗干扰能力。 专用检测芯片单片机控制单 元 LED 显示驱动 芯片 LED 显示 图 2-1 方案一 方案二： 如图 2-2 所示，该方案的红外检测部分以 NE555 和 LM567 为核心形成脉冲计数。 CL102 则是集译码，锁存，显示，驱动为一体的芯片，红外检测部分形成的脉冲计数经 过该芯片后可以直接显示处理结果。 计数显示专用芯片 CL102 红外发射电路 NE555 红外接收电路 LM567 3
16、 图 2-2 方案二 方案三： 如图 2-3 所示，利用红外对管 HD-DS100CM 的特性，以电压比较器的负向输入端的 电压为参考电压，当红外发射管发出的红外光照射到接收管的时候，接收管等效成一个 阻值很小的电阻，红外接收管串联的电阻分得的电压较大，这就导致了电压比较器 UA741 输出为低电平；当红外发射管发出的红外光被物料挡住的时候，接收管接收不到 红外线，接收管等效成一个阻值很大的电阻，可使 UA741 输出变为高电平，经过单片机 内部的运算处理，得到准确的计数值，经过 74LS245 的驱动，在数码管上显示出来。 图 2-3 方案三 以上三个方案各有自己的优点： 方案一既能够现实本设计的基本要求，也能够有效地提高系统的抗干扰能力，外围电 路相对简单，在市场上属于高端自动计数产品。但也暴露出一个重大问题：该产品相对 其他方案成本太高，使用此方案将会使系统超出预期的成本，故不采用此方案。 方案二的自动计数器相对方案一来说比较简易，价格又比较便宜，并且在合适的工作 条件下能够达到计数精确，但如果出现
