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1、Xxx理工大学毕业设计 毕 业 设 计学生姓名学 号院 (系)电子与电气工程系专 业电子信息工程题 目啤酒生产线自动计数装置设计指导教师 年06月摘 要：介绍了啤酒包装线上的智能计算器的工作原理,在对各种计数方法进行分析后提出了基于光电传感器的计数测量系统，并给出了智能计数器控制的硬件电路设计和程序流程图。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该计数系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。关键词 : 单片机;智能;计数器;光电传感器 Abstract : Introduced the beer p
2、acking on-line intelligence calculators principle of work, in carries on the analysis after each method of attributes proposed based on photoelectric sensors counting measurement system one, and has given the intelligent counter control hardware circuit design and the program flow diagram. The multi
3、analysis systems composition and the principle of work, have given in the system various hardware module design method and the system software design method, has given the subprogram flow chart and the procedure detailed list. This number system installs the maintenance to be convenient, the work is
4、 stable, the movement is reliable, has the big promotion application value. Key words : Monolithic integrated circuit ;intelligent ; counter; Photoelectric sensor目 录1 引 言42 自动计数系统组成及工作原理42.1计数测量原理42.2计数测量系统结构组成43 自动计数系统硬件电路的设计53.1 生产线自动计数总框图53.2传感器及信号调理的电路设计53.2.1 光电传感器简介53.2.2 光电转换及信号调理电路设计63.3 单片机
5、小系统的设计93.3.1 单片机93.3.2键盘显示模块计.103.3.3电源模块设计.134 系统软件设计144.1 程序原理框图144.2 程序设计与调试165 实验及结果分析16结 论18参考文献19致 谢201引 言 一般啤酒厂日产啤酒几十万瓶, 为及时掌握啤酒瓶子的破碎率、日产量等指标,需要在灌装生产线的多个环节上安装计数器, 每当酒瓶通过计数器时,就会被计数器的传感器检测到,酒瓶个数自动加1。用的传感器有电涡流式接近开关和光电开关。接近开关通过检测金属瓶盖计数。光电开关有光束发射端和接受端, 如发射端与接受端位于同一侧, 酒瓶通过时就会将发射的光束反射回来, 被接受端接受到, 开关
6、状态改变, 计数电路检测到状态变化而计数; 如发射端与接受端相对, 酒瓶通过他们之间时, 光线被遮, 也会改变开关状态。本计数器采用后一种光电开关。2 系统组成及工作原理2.1计数测量原理如图1 所示,四只管子位于同一平面内,发射管A、B 分别对准接受管A、B ,瓶颈的直径应大于发射管A 与接受管B 之间的距离。计数器内部设一标志, 酒瓶未进入发射管A与接受管A 之间时, 两束光线均被接收, 管A、B均导通, 标志置0 , 当酒瓶继续运动遮挡住一束光线时,标志不变。当同时遮挡住两束光线时,标志置1。当酒瓶离开,两束光线未遮挡时,标志置0 ,这时计数器个数加1。由于酒瓶遮挡住一束光线时, 标志不
7、变, 因此酒瓶进入传感区域发生抖动时,不会影响标志,从而保证准确计数。啤酒瓶的铁盖接受管A发射管A 发射管B接受管B 图1:检测原理图2.2计数测量系统结构组成系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计计数显示部分采用价格低廉且使用方便的L
8、ED模块，通过相关计算方法计算得到的计数数字通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。3 系统硬件电路的设计3.1生产线自动计数总框图 生产线上的计数框图如图2所示。信号调理光电转换波形整形波形变换键盘模块数字存储电路单片机RS232LED 显 示 图2 系统原理框图3.2 光电转换及信号调理电路设计由于系统需要将光信号转换为电信号，因而需要使用光电传感器并设计相应的信号调理电路，以得到符合要求的脉冲信号，送给单片机STC89C51进行计数。3.2.1 光电传感器简介光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化
9、转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将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。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类。所谓透射式
10、是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。 红外发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。3.2.2 光电转换及信号调理电路设计传感器将啤酒生产线上流动信号转变成了电脉冲信号，该信号经过LM324集成运放整形
11、驱动，送到单片机进行脉冲计数。 光电转换部分与单片机的连接框图如图3所示。LED数码管数码显示译码器计数脉冲整形驱动传感器STC 89C51图3光电转换部分与单片机的连接框图LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器， 除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图4所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo
12、的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图5 图（4）放大器图 图5 引脚图由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。本设计计划采用高性能集成四运放LM324来进行光电信号调理电路设计。电路采用两级放大电路对脉冲信号进行放大，防止信号脉冲太小以至对实验结果不产生影响。此外，还设计了有源带通滤波器。为了达到预定效果，对系统运用MULTISIM 8进行模拟仿真，并利用模拟仿真结果对有关元器件进行参数设定，以使电路满足要求。如图6所示是MULTISIM 进行电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果。图6 电路模拟仿真示意图及
13、其模拟仿真结果系统设计的光电转换及信号调理电路见图7。设计中为了系统抗干扰及降低成本，考虑了一下一些方面。(1) 为了消除玻璃瓶经过光敏三极管时由于透射和折射产生的干扰信号, 采用了一级单稳电路 , 利用玻璃瓶前沿到达光敏三极管瞬间触发单稳态电路翻转, 并利用单稳态电路的暂稳期隔离光电信号, 使玻璃瓶前沿以后所产生的折射和透射干扰不能进入计数电路, 保证一个产品只产生一个计数脉冲. (2) 计数器要求计数脉冲不能太宽, 如将单稳态电路的输出直接加到计数器, 会产生两次甚至多次翻转。同时为使计数脉冲获得质量较好的上升和下降边沿, 并且具有一定的幅度和宽度, 采用了一级积分整形电路。(3) 为使电
14、路供电简单化, 统一采用5 V 直流稳压电源。具体电路原理见图7。选用光敏三极管作为光电传感器, 该元件灵敏度高、性能稳定, 能够适合生产线复杂的工作环境要求。当传送带上没有玻璃瓶通过时, 光敏三极管受光直射呈低电阻, 光电流很大, 使I b1 0,B G1 截止。这时U c1= E c (+ 5 V ) , 使二极管D 反向截止。单稳态电路的静止状态是B G2 饱和,B G3截止。当有玻璃瓶通过的遮光瞬间, 光电管呈高阻, I b1增大,B G1 饱和,U c1从+ 5 V 下降到0V (图8a) , 这个负跳变经R rC r 微分得到一个负脉冲, 使B G2 截止,B G3 饱和, 也就是利用玻璃瓶遮光时光敏三极管的前沿跳变触发单稳态翻转。由于CB 的放电使U b2逐渐上升, 当上升到B G2 的导通电压时,B G2 才重新导通(图8b) , 电路又迅速恢复到静止状态。而此期内由于U b2很小, 玻璃瓶折射和透射干扰对截止管B G2不起任何作用, 起到了抑制干扰信号的作用, 使得一个玻璃瓶只触发一次单稳。积分型整形电路用五块7M Y 13 型集成电路与非门以及R 0, C0 组成。常态时因B G3 截止。U c3 E c,Y F 1 输出u1 为低电平“0”, Y F 2,
