毕业论文设计——光电计数器的设计

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1、毕 业 论 文（设计） 论文（设计）题目： 光电计数器的设计 系 别： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 时 间： 毕 业 论 文（设 计） 开 题 报 告系别: 专业:学 号姓 名论文（设计）题目光电计数器的设计命题来源教师命题 学生自主命题 教师课题选题意义(不少于300字):目前，市场上各种各样的计数器技术层出不穷，如温度计数器，触摸计数器等，其电路复杂 ，元件昂贵，体积大，且外观不好看，计数效果不好，不能在各种不同的环境中工作。而采用光电传感器制作的光电式电子计数器能适应各种不同的工作环境，且具有易于实现自动化控制、计数精确、非接触式、反应快、直观性比较好、具有一定的抗干扰能力

2、等优点，因而广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。而本次设计的光电计数器主要用作工厂流水线上的产品计数，它对提高企业生产管理水平有着重要意义。在光电计数器的设计过程中，所涉及到的知识有模拟电子技术知识、数字电子技术知识、光电传感技术知识、单片机编程知识以及Protel 99SE绘图知识等，这些课程都是电子类专业的知识，在专业课学习过程中都有初步的学习。选择这毕业设计题目是对我大学四年所学知识的综合运用和检验，也使我对电路设计流程有了更进一步的了解。研究综述(前人的研究现状及进展情况，不少于600字):电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已经有30多年的发展史。早期，设计师们追求的

3、目标主要是扩展测量范围，提高测量精度、稳定度等，目前这些基本技术已日益完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其它功能。这些要求有的已经实现，有的部分实现了。21世纪以来，随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展，很多企业在生产过程中，大量使用各种智能化的仪器，以提高生产管理水平，因此具

4、有自动化和智能化的计数器将在现代化工业中占主导地位。而采用光电传感器制作的光电式电子计数器具有易于实现自动化控制、计数精确、直观性比较好、具有一定的抗干扰能力等优点，加上单片微型计算机技术以其体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，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，因此，基于单片机技术开发的光电计数设备和产品广泛应用到工业生产、实时监测、自动化控制等领域。研究的目标和主要内容（不少于400字）研究目标：1. 实现09999范围计数，能在超出最大值后报警。2. 要求发射级与接收级有1米以上的间距。3. 能在设定值报警，能在报警后延时3秒钟自动关闭报警并自动

5、重新计数；也可手动清除报警。4. 用单片机编程实现对计数系统及报警系统的智能控制。5. 有抗干扰技术，防止背景光或物件抖动时产生误差。6. 画出完整的电路原理图（包含电源部分）和PCB图。研究内容：1. 学习传感器的基本理论，了解传感器的结构与感测原理。2. 学习光电控制系统技术及其应用，掌握光电效应的基本理论知识。3. 学习单片机基础知识，了解单片机芯片引脚功能，掌握C语言编写程序的方法。4. 究怎样提高电路的抗干扰能力。5. 掌握用Protel绘制PCB图的方法。6. 掌握电路设计的基本流程。拟采用的研究方法1. 学习MCS51单片机显示器接口技术，掌握LED显示原理；2. 查找资料，了解

6、红外线、激光的特性，选取更合适该设计的光源；3. 学习MCS51单片机指令系统及MCS51单片机键盘接口和键功能的实现；4. 学习MCS51单片机基础知识，了解芯片引脚功能，掌握C语言编写单片机程序的方法；5. 学习光电传感器的感测原理，通过查找资料了解影响光发射接收的主要因素并找出好的解决方案；6. 学习Protel99SE原理图与PCB设计教程，掌握Protel绘图方法。研究工作的进度安排12010年1月1日-2010年1月10日：查找相关资料，准备开题报告；22010年1月11日-2010年1月20日：确定毕业设计整体方案；32010年1月21日-2010年2月28日：查找光电传感器及单

7、片机相关资料，确定毕业设计电路原理图； 42010年3月1日-2010年3月28日：基本完成硬件制作部分；52010年3月29日-2010年4月30日：完成硬件制作以及论文初稿；62010年5月1日-2010年5月31日：完成毕业论文，准备好答辩材料。参考文献目录（作者、书名或论文题目、出版社或刊号、出版年月日或出版期号）1 华成英，童诗白.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006.12 康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分M.高等教育出版社，2005.73 李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础M.北京航空航天大学出版社，2001.74 韩兵.光电控制系统技术与应用M.电子工业出版社，

8、2009.25 吴金波.数字式光电计数器设计J.中小企业管理与科技，2008（34）6 高明华.简易数字频率计的设计J.大众科技，2006（2）指导教师意见 签名： 年 月 日教研室主任意见 签名： 年 月 日目 录摘要1关键词1引言11 设计目标及基本要求12 系统方案论证23 光电计数器的系统设计23.1 系统硬件设计23.1.1 单元电路分析33.1.2 主要芯片元器件引脚图及功能介绍73.2 系统软件设计94 总结与展望17参考文献17Abstract18Key words18致谢18附录A总程序调试19图1 电源PCB图25图2 计数系统PCB图26表1 元件清单26河池学院2010

9、届本科毕业设计光电计数器的设计电子信息工程专业 李艳秋 指导教师：何奇文摘要介绍一种光电感应计数系统，它采用光源与计数器分立设计的方式，主要由激光光源、脉冲形成电路和计数系统三部分构成。其中激光光源采用半导体点光源激光发射器，光敏电阻实现光电转换，经比较器比较形成脉冲，计数系统主要采用单片机最小系统实现对外部信号的采集、报警值设定、计数、显示及报警的功能。该光电计数器可实现自动化控制，计数精确、直观性好，有一定的抗干扰能力，且电路简单，可靠。关键词AT89S52单片机；激光；光电转换；计数器引言 电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已经有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展

10、测量范围，提高测量精度、稳定度等，目前这些基本技术已日益完善，成熟。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展，很多企业在生产过程中，大量使用各种智能化的仪器，以提高生产管理水平，因此具有自动化和智能化的计数器将在现代化工业中占主导地位。本设计制作的是一个最常用的光电式电子计数器，它广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。1 设计目标及基本要求该设计制作一种最常用的光电计数器，它以AT89S52单片机为控制核心,通过光的发射和接收进行计数，主要实现计数、数码显示、报警等功能，通常用作流水线作业工件计数。其主要技术指标及要求如下：（1）实现09999范围计数，能在超出最大值后报警；（2

11、）要求发射级与接收级之间有1米以上的间距；（3）能在设定值报警，能在报警后延时3秒钟自动关闭报警并自动重新计数，也可手动清除报警；（4）有抗干扰技术，防止背景光或物件抖动时产生误差；光电一体化（5）画出完整的电路原理图（包含电源部分）和PCB板图。2 系统方案论证通过查找各种资料，经过探讨发现此电路最关键的是如何选择光源，因此下面主要从光源的选择方面对系统进行方案论证。方案1：采用红外发射管和接收管设计光电计数器，红外发光二极发射的红外线距离短，不适合体积大的固件计数，其信号采样电路灵敏度稍差，且其稳定性不高，抗干扰能力弱。因此不采用此方案。方案2：采用半导体点光源激光发射器设计光电计数器，由

12、激光发出的光线在透镜汇聚成激光束后，可以传输到很远的距离，其精度高，方向性好，能量集中，稳定性高，抗干扰能力强，可以对大体积固件计数，并且电路简单可靠，可以提供理想的计数值。激光弥补了红外光源的不足，能更好满足该设计的要求，因此选择激光发射器完成光电计数器的设计。3 光电计数器的系统设计3.1 系统硬件设计系统的硬件电路主要由电源、激光光源、脉冲形成电路、计数系统（含单片机最小系统、数码管显示电路、报警电路、键盘控制电路）四部分组成。电源电路为各部分电路提供+9V或+5V电压。激光光源发射光信号，光敏电阻作为光电检测元件检测光信号的变化（光可通过或光被阻挡），并将光信号转换为电信号，经比较器进

13、行比较形成计数脉冲，然后送入单片机外部中断“0”口，由单片机完成对外来脉冲进行计数。计数系统部分以单片机最小系统为控制核心，通过数码显示电路显示计数值，键盘控制电路设定报警上限值，报警电路完成报警功能。系统整体框图如图1所示：单片机最小系统脉冲形成电路显示电路激光光源报警电路键盘控制电路电源图1 系统整体框图3.1.1 单元电路分析 （1）电源电路 220V交流电经过变压器降压成12V，经过桥式整流器整流，电容C3、C4滤波，然后分别经过三端稳压集成电路LM7809、LM7805稳压，再分别经电容C1、C2和电容C5、C6滤波，分别形成+9V、+5V直流稳压电源。二极管D2、D6分别对稳压芯片

14、LM7809和LM7805起保护作用。+9V直流稳压电源作为发射部分电源，+5V直流稳压电源作为脉冲形成电路部分和计数系统的电源。电源电路原理图如图2所示：图2 电源电路（2）激光光源 该系统设计的计数光源采用半导体点光源激光发射器，它是由发光管芯，聚光透镜、铜可调套铜三部分组装而成的。激光本质上是一种频率极纯、极高的电磁流，其方向性好、能量集中、稳定性高且抗干扰能力强。由激光发出的光线在透镜汇聚成激光束后，可以传输到很远的距离，且精度高。激光发射器接一限流电阻后接入+9V电源即可使用。（3）脉冲形成电路 在脉冲形成电路部分主要用到光敏电阻器和LM393比较器。比较器部分的工作原理：电阻R1、R3是分压电阻，主要是为运放的提供2.5V的基准比较电压。R2为上拉电阻，由于LM393本身没输出高电平的能力，接上拉电阻R2是为了让A端能输出高电平。当输入信号电压高于2.5V时比较器输出高电平，反之，输出低电平。光敏电阻在无光照射时成高阻态，因此输入到比较器LM393信号脚的电压低于2.5V，比较器输出低电平；当有光照射时，光敏电阻