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1、本科毕业设计题 目 生产流水线产品产量统 计显示系统的设计 姓 名 王 鹏 专 业 自动化 学 号 201142064 指导教师 王忠利 科技学院电气工程学院 二一五年六月目 录摘 要IABSTRACTII前 言III1系统的设计方案与选择12 硬件电路的设计32.1 系统硬件电路32.2 电源供电电路32.2.1 桥式整流电路42.2.2 滤波电路42.2.3 稳压电路52.3 掉电记忆模块62.4 红外检测模块72.5 单片机控制电路92.5.1 单片机最小系统112.5.2 LED数码管显示模块132.5.3 报警器模块153 系统程序设计173.1 程序流程图173.2 程序设计173
2、.3 程序调试244 数据分析25结 论27致 28参考文献29附录一：元器件清单30附录二：原理图31附录三：仿真图32附录四：实物图33生产流水线产品产量统计显示系统的设计摘 要随着当今社会的飞速发展，越来越多的流水线上的产品需要进行自动计数。基于单片机构成的产品自动计数器有直观、计数精确的优点，目前已在各行各业中得到了广泛的应用。数字计数器有多种形式，总体来说有接触式、非接触式两种，在科技发展的今天，非接触式红外计数器的应用更加广泛1。本设计采用一对红外发射接收管作为计数器的信号检测头，具有价格低廉，抗干扰性好，结构简单，操作方便等特点。本设计采用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红
3、外线2，并将其放大、整流形成低电平信号，当产品阻挡红外光时，接收管将接收不到红外信号，放大器会输出高电平，此时将这个电平信号送入AT89C5单片机控制单元3，通过对单片机编程实现计数，然后由数码管LED显示数值4。从而实现生产流水线产品产量统计显示的功能。关键字：单片机；自动计数；LED数码管THE DESIGN OF THE PRODUCTION LINE OUTPUT STATISTICS SYSTEMABSTRACTWith the rapid development of todays society, more and more products assembly line for
4、automatic counting. Based on single chip product automatic counter has the advantages of intuitive, counting precision, has been widely applied in all walks of life. Digital counter has various forms, generally has two kinds of contact type and non-contact, in todays development of science and techn
5、ology, the application of non-contact infrared counter more widely. This design USES a pair of infrared receiving tube as counter signal detection head, with a low price, good anti-interference, simple structure, convenient operation, etc. This design use infrared launch infrared light-emitting tube
6、, infrared receiving tube receives the infrared ray, and the low level signal amplification, rectification formation. When someone or something blocking infrared receiving tube not receives the infrared signal, the amplifier outputs high level, at the same time the level signal into the AT89C51 sing
7、le-chip microcomputer control unit, through the microcontroller programming count, then the digital tube LED display values. So as to realize the function of production line product output statistics show. Keywords:SCM ; Automatic counting ;Digital tube前 言在当今社会飞速发展的格局下，厂家很多采用流水线装置进行产品生产作业，而怎样才能对其生产线
8、上的产品进行精确的、实时的、有效率的自动计数？这一问题成为了大多生产厂家十分关切的问题。传统的机械式或电子式计数器(主要采用数字电路集成组件组成)存在以下问题：元器件数量较多、电路比较复杂、维修比较困难、故障率较高、功能不易更改、设置预定数值不方便且功能过于单一、适用围小。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。目前，基于单片机计数设备和以开发产品的微控制器技术为基础的控制技术发展迅速，在各个领域得到广泛应用。以单片机为核心的产品和设备，促进了生产技术水平的提高，因此企业迫切需要很多懂单片机技术开发、应用和维护这些智能产品管理的
9、高级工程技术人员。电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它采用电子检测在一段时间输入的脉冲数，以数字形式显示的结果。单片机以其体积小、功能强、可靠性高、性价比高的特点，已成为实现工业生产技术、智能化测量和控制产品的进步和发展的一个重要手段。而现在的产品产量计数器产品大部分采用的是非接触方式，并已开发出了多种类型型号的专用测试芯片。使用以AT89C51单片机为核心，辅以各种外设控制单元的自动计数装置已成为现在自动计数应用领域的主流。但是，如何提高自动计数器的实时性、抗干扰能力、稳定性等是国外生产研究自动计数器的主要方向。产品产量计数器是工厂流水线产品产量检测的主体，但其往往工作在高温、高噪音等极
10、其恶劣的环境中。而以AT89C51为核心的微控制器产品系列自动计数器工作在这种环境下会经常出现误操作（单片机程序跑飞）、滥用（单片机逍遥）或进入死机（程序进入无限循环）等问题，这些问题是由于单芯片自动技术产品存在的最大缺点。本设计要求如下：（1）整个系统抗干扰能力强、稳定性高。（2）计数围：0099。（3）每满100都会自动发出3s的报警声并亮起指示灯。（4）将计数值准确显示出来。（5）具有断电记忆功能。（6）具有自动、手动清0能力。在本次设计中，涉及到的容包括：输入为220V输出为9V的变压器接线及工作原理、DB207桥式整流电路引脚、三端稳压芯片7805的引脚接线、掉电数据保护芯片AT24
11、C02的工作原理、共阳极两位七段数码管SN450561K的引脚接线原理以及对射红外线检测的工作原理、单片机最小工作系统、放大电路等知识。1 系统的设计方案与选择方案一：如图1.1所示红外发射电路NE555红外接受电路LM567计数显示专用芯片CL102电源电路图1.1 原理框图方案一中红外发射电路NE555和红外接收电路LM567构成红外检测单元并形成计数脉冲信号，计数显示部分则使用了专用芯片CL102，该芯片是集译码、驱动、锁存、显示为一体的专用芯片。红外接受管电压比较器红外发射管单片机控制AT89C51电源供电电路L7805驱动显示器74LS245LED数码管方案二：如图1.2所示图1.2
12、 原理框图方案二利用红外接收发射管的工作原理，即红外接收头在有红外光电阻原理分压可取基准电压，然后通过电压比较器可输出高低电平。当有红外光照射时，红外接收管串联的电阻分得的电压很大，可使电压比较器LM324输出为低电平；反之，红外接收头串联电阻分得的电压很小，可使电压比较器LM324输出为高电平，然后通过单片机控制处理，使输出精准的数值，然后通过数码管显示出来。方案三：如图1.3所示对射红外探测装置单片机控制单元AT89C51掉电数据保护芯片AT24C02电源供电电路7805LED数码管显示图1.3 原理框图方案三利用对射红外检测装置形成计数脉冲5后送入控制单元AT89C51单片机6，通过对它
13、片计数、显示编程。通过两位七段数码管显示出来。AT24C02是EEPROM模块，可以保存单片机运算时的中间有用结果的芯片，是突然掉电、关断电源、瞬间电源电压不稳定时，保证不会造成数据丢失或者数据误写，同时可以在上电后从中读出其保存的数据容，大大增强了抗干扰的能力。方案四：如图1.4所示红外检测装置555定时计数器LED数码显示蜂鸣器报警模块图1.4 原理框图方案四利用红外线检测装置形成的脉冲信号对555计数器进行输入7，利用各种与非门、非门、与门形成硬件电路，使数码管显示出计数数字，由555定时器来保证蜂鸣器的延时，并提供报警信号。以上方案各有自己的优点：方案一是一个简易的产品自动计数器，成本
14、低廉、计数准确，但是在系统处于异常状态时，工作就十分不稳定，属于产品自动计数市场上的淘汰产品，一般用在计数要求不高的场合中，这个方案太过于简单，系统稳定性不高，故不选用。方案二所涉及的知识面广，同时能达到精确、稳定自动计数的效果，但是整个系统的抗干扰力较弱，系统掉电后不能保存数据，在系统异常状态时容易出现误操作或死机，不符合该设计的要求。方案三可完美的实现产品自动计数功能，同时能让系统处于异常状态和抗干扰时通过外围专用芯片到非常好的解决，该系统外围电路架设相对简单，但是在市场上属于高端的自动计数产品。能准确计数、抗干扰性强、系统稳定、具有掉电数据记忆功能，可以说是一个完美的系统，故选此方案作为
15、毕业设计的方案。方案四结构较为复杂，也可达到准确计数，但是系统抗干扰能力较弱，元器件较多，维修时不易检测出问题所在，不符合本设计要求，故不选择此方案。2 硬件电路的设计2.1 系统硬件电路本系统需要供应220V交流电，经过降压变压器变成9V交流电，然后经过桥式整流电路、滤波电路、稳压电路处理，变成5V直流电，供单片机、数码管、红外检测装置、发光二极管和蜂鸣器使用。当有物体经过红外线检测器，该装置提供高电平给AT89C51单片机，进行计数，并有数码管显示出来。当计数至99时，下个产品经过后，系统会自动清零，并使蜂鸣器响起3S，同时指示灯亮起，达到声光同时报警的效果，如果该系统在使用中意外断电，没关系，本系统设有掉电数据记忆装置，可在下次通电后显示出本次的统计数值，然后可进行手动清零重新开始统计，也可接着上次数据继续
