最新南京信息工程大學光電計數(shù)器課程論文

濱江學院課程報告題 目 反射式光電計數(shù)器設計院 系 濱江學院 專 業(yè) 電子科學與技術 學生姓名 * 學 號 指導教師 常建華 職 稱 副教授 二 0 一三 年 十一 月 二十一日 1目錄第 1 章 緒論1.1 光電計數(shù)器原理11.2 國內外研究現(xiàn)狀21.3 本文主要研究內容2第二章 光電計數(shù)器設計方案論證2.1 遮光式光電計數(shù)器32.2 反射式光電計數(shù)器32.3 方案選擇4第 3 章 硬件電路設計3.1 STC89C52 簡介53.2 電源電路73.3 傳感器部分83.3.1 E18-D50NK 反 射 式 紅 外 傳 感器 83.3.2 發(fā) 射 與 接 收 電2路 93.4 復位電路113.5 晶振電路123.6 顯示電路123.6.1 線段的顯示133.6.2 字符的顯示133.6.3 漢字的顯示133.6.4 1602 字符型 LCD 簡介 133.6.5 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能143.6.6 1602LCD 主要技術參數(shù) 143.6.7 1602LCD 的指令說明及時序15第 4 章 反射式光電計數(shù)器的軟件設計4.1 顯示程序17第五章 系統(tǒng)調3試23參考文獻23致謝24附錄24反射式光電計數(shù)器設計*南京信息工程大學濱江學院電子科學與技術，南京 210044摘要：本文基于STC89c52單片機設計了一個結構簡單、性能穩(wěn)定的工業(yè)流水線用反射式光電計數(shù)器,可實現(xiàn)產品流水線產品的實時計數(shù)功能。該系統(tǒng)采用型號為E18-D50NK的紅外傳感器為信號采集裝置,將光信號轉換成電信號。以電磁繼電器、三極管構成放大電路，放大后的信號經單片機處理后顯示在數(shù)碼管上。當系統(tǒng)出現(xiàn)鎖死情況時可以通過復位鍵調整，直至系統(tǒng)正常工作。該系統(tǒng)優(yōu)點是硬件電路簡單，控制系統(tǒng)可靠，具有很強的實用價值。該系統(tǒng)拓展后，可用于生產流水線的工件計數(shù)，具有很好的應用前景。關鍵詞：STC89c52單片機 E18-D50NK紅外傳感器 實時計數(shù) 第 1 章 緒論1.1 光電計數(shù)器原理光電式傳感器就是基于光電效應的理論基礎用于光電信號之間的相互轉換的一種傳感器。其中光電效應可以分為三類。1.外光電效應：能使電子在光照射條件下逸出物體表面。4光電倍增管，真空光電管等就是利用了外光電效應。2.內光電效應：能使物質的電阻率在光線照射條件下改變。半導體光敏電阻這類的器件就是利用了內光電效應。3.光生伏特效應：物體在光線作用下產生電動勢的現(xiàn)象即光生電動勢。光電晶體管、光電池等就是利用了光生伏特現(xiàn)象。由于敏感的光波長是在可見光附近，包括紅外波長和紫外波長。因此，當光電元件受光照后，電特性就會發(fā)生變化這就是光電效應。光電計數(shù)器通常采用的光電傳感器有攝像頭、光電管等，采用的光的種類有普通光和激光，可見光和不可見光等。 組 成 光 電 傳 感 器 的 三 部 分 為 光 源 、 光 學 通 路 和 光 電 元 件 。 光 電 式 傳 感 器 是 以 光電 器 件 作 為 轉 換 元 件 的 傳 感 器 ， 光 電 檢 測 方 法 具 有 精 度 高 、 應 用 快 、 非 接 觸 等 優(yōu) 點 ， 而可 測 參 數(shù) 多 ， 光 電 傳 感 器 的 結 構 簡 單 ， 形 式 靈 活 多 變 因 此 ， 光 電 式 傳 感 器 在 檢 測 和 控 制中 應 用 非 常 廣 泛 。1.2 國內外研究現(xiàn)狀光自動化的計數(shù)提高了工業(yè)生產上的效率以及準確性 計數(shù)的自動化和智能化最終能加速實現(xiàn)現(xiàn)代化的工業(yè)。隨著生產自動化、設備數(shù)字化和機電一體化的發(fā)展,對光電計數(shù)器的需求日益增多。提高自動計數(shù)器的實時性、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國內外自動計數(shù)生產研究的主要課題。產品自動計數(shù)主要用于工廠的流水線，往往是處于高溫等環(huán)境中所以單片機的功耗一定要低。恰巧的是，STC89c52 單片機符合這一要求。1.3 本文主要研究內容本文的研究方向就是基于 STC89c52 單片機設計出一個簡易但是性能穩(wěn)定且靈敏度高的工業(yè)流水線用反射式光電計數(shù)器,能夠實時的計數(shù)產品流水線上產品的數(shù)量。該系統(tǒng)采用STC89c52 單片機為處理芯片,對紅外傳感器采集的信號進行處理。采用發(fā)射式型號 E18-D50NK 的紅外傳感器，它能夠靈敏實時的采集光信號，由于工件的遮擋導致光信號的變化從而導致電信號的變化。借由繼電器實現(xiàn)小電流控制大電流的功能。用 E18-D50NK 的紅外傳感器可確保系統(tǒng)的靈敏性、穩(wěn)定性?？梢詫崿F(xiàn)工業(yè)流水線計數(shù)器實時計數(shù)的功能。設計光電計數(shù)器，實現(xiàn)無接觸計數(shù)，主要用于工廠生產線工件計數(shù)。采用反射式光電傳感器，要求使用紅外發(fā)光二極管、光電管檢測，要求光電發(fā)射管和接收管相鄰放置，在制作實物5可用導線引出長度，能夠實現(xiàn)無接觸計數(shù)，獨立設計光電計數(shù)器電路原理圖，畫出完整的電路原理圖（包含電源部分）和 PCB 板圖，查找資料，要求做出實物，可以使用萬用板或者 PCB 板制作實物，獨立完成。第二章 光電計數(shù)器設計方案論證2.1 遮光式光電計數(shù)器遮光式光電計數(shù)器工作原理：從紅外發(fā)光管和紅外接收器在產品生產流水線的兩邊。紅外發(fā)光管發(fā)射出的紅外光線能夠直射在如光敏電阻和光電管等光電元件上。當有產品經過遮光式計數(shù)器的時候紅外光線就會被該產品遮擋（比如瓶裝啤酒） 。那么這時候光電元件的電信號必然會因為此時光信號的改變而改變，從而生成脈沖通過放大器可計數(shù)記下被遮擋的次數(shù)，通過數(shù)字顯示顯示具體的數(shù)量。圖 2.1 遮光式光電計數(shù)器2.2 反射式光電計數(shù)器反射式光電計數(shù)器工作原理：紅外發(fā)光管和紅外接收器在同一邊。當產品流水線沒有產品經過的時候紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外線不會被發(fā)射。反之，當有產品經過的時候紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外線就會被產品反射，反射光并被接收器接收。這時候因為光信號的變化必然導致光電元件電信號的變化。從而形成計數(shù)脈沖，光電隔離耦進行合并行輸入至STC89c52 單片機。并用數(shù)碼管顯示具體數(shù)值便可實現(xiàn)物體的數(shù)量統(tǒng)計。發(fā)射與接收電路可以用一個集成好的紅外傳感器。集成焊接后的電路顯得簡單明了。6方案選擇在工業(yè)生產中肯定會考慮到設備成本，設備所占用的空間以及接線的方便程度。最重要的當然是設備工作的穩(wěn)定性。結合上文對兩種光電計數(shù)器的介紹反式光電計數(shù)器的優(yōu)點不難被發(fā)現(xiàn)。由于發(fā)光管和接收器在同一邊無疑會大大的節(jié)省空間。將發(fā)光管和接收器集成在一起可以帶來接線和操作上的簡便。再者反射式光電計數(shù)器帶來的良好光路對齊，不受產品顏色和材質的影響的特點都會給設備提供更佳的穩(wěn)定性。因此，在工業(yè)流水線用的光電計數(shù)器方案選擇上將采用反射式的光電計數(shù)器。第 3 章 STC89C52 簡介3.1 芯片簡介STC89C52是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。STC89C52使用經典的 MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7圖 2.2 反射式光電計數(shù)器電源電路發(fā)射接收電路單片機STC89c52 系統(tǒng)計數(shù)顯示電路圖 2.3 光電計數(shù)裝置的原理7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2 級中斷結構） ，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T 可選。STC89c52共有4個（P0、P1 、P2 、P3口）8位并行 I/O 端口，共32個引腳。P0口雙向I/O 口，用于分時傳送低8位地址和 8位數(shù)據(jù)信號；P1 、P2、P3口均為準雙向 I/O 口；其中P2口還用于傳送高 8位地址信號；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號。其引腳圖：其中引腳說明為：3.2 STC89c52 引角功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 8P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口作為 AT89C51 的一些特殊功能口， RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA / VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 電源電路9本文將直接采用筆記本電腦的 USB 給電板提供 5V 的直流電。同時，為了顯示電板是否通電在電板中添加一個電源指示燈，這個電源指示燈將采用發(fā)光二極管。發(fā)光二極管工作在正常工作狀態(tài)時，通過 LED 的電流 10 毫安就足矣了。因此，在電路中采用白發(fā)藍高亮的LED，所以可以取 10mA 左右的電流值，圖 3.2 中的 R16 是為了保護系統(tǒng)電路的限流電阻。3.3 紅外傳感器3.3.1 E18-D50NK 反 射 式 紅 外 傳 感 器光電開關電路主要由光電開關管，即光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感 器 。它 首 先 把 被 測 量 的 變 化 轉 換 成 光 信 號 的 變 化 ， 然 后 借 助 光 電 元 件 進 一 步 將 光 信 號轉 換 成 電 信 號 。 光 電傳