候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設計課件

1、荊楚理工電信學院實訓設計報告JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 單片機原理及應用 課程設計報告 題 目： 專 業(yè):班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 完成日期： 摘要：本設計是設計一款基于單片機的候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設計，其中的單片機是候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)設計的核心，用于接收處理人數(shù)檢測信號，通過兩對紅外對管掃瞄，模擬實現(xiàn)對人數(shù)的多少進行計算、在傳遞到單片機內(nèi)部的控制，再有單片機輸出有七段數(shù)碼管顯示。此系統(tǒng)具有無線控制與手動控制兩種方式，以保證一種控制方式出現(xiàn)問題，可以及時使用另一種控制方式對單片機進行控制。本報告簡要介紹了基于單片機技術的候車大廳人數(shù)檢測系

2、統(tǒng)設計原理，并根據(jù)系統(tǒng)的基本原理制作出了實物模型。本控制系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成：紅外掃描模塊、信號接收模塊、單片機控制模塊。紅外掃描控制信息轉變?yōu)閱纹瑱C可以識別的二進制代碼，通過與單片機內(nèi)部的程序配合實現(xiàn)對候車大廳人數(shù)的檢測；單片機控制模塊的核心組成元件是AT89c51芯片，配以單片機的最小系統(tǒng)電路，作為人數(shù)檢測系統(tǒng)的總的控制模塊。紅外對射識別系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)由安裝在間隔為L的兩套紅外收發(fā)電路和可逆計數(shù)器及判斷執(zhí)行電路等組成，對射光線選擇在人員出入必須經(jīng)過的地方。如果沒有人員出入，對射光線沒有被遮擋時，接收電路輸出高電平；而當有人員等物體通過時，光線被遮擋，接收電路就輸出低電平。從兩路檢測

3、脈沖的先后順序，可以判斷出人員運動方向；再由檢測脈沖的個數(shù)，可以計算進出的人數(shù)。進入時計數(shù)器加1，外出時計數(shù)器減1，通過累計就可以計算出室內(nèi)人員的數(shù)量。這就是紅外對射式人數(shù)識別系統(tǒng)的基本原則。系統(tǒng)組成紅外對射式人數(shù)識別系統(tǒng)的組成不管采用的是純硬件電路還是單片機電路，其基本組成方式是完全相同的，只不過可逆計數(shù)器和判斷執(zhí)行電路部分，是由硬件完成還是由軟件來完成的而已。 此外系統(tǒng)可以實現(xiàn)候車大廳人數(shù)上限顯示。關鍵詞：單片機技術；紅外對管掃描；七段數(shù)碼管；單片機最小系統(tǒng)。 目錄1、前言 4 1.2 背景與意義 4 1.3 課題設計要求 42.系統(tǒng)總體設計方案 43.核心器件簡介 5、6 3.1 AT8

4、9c51簡介 5 3.2 74HC573 鎖存器簡介 64硬件設計 6、7 4.1 單片機最小系統(tǒng) 6 4.2紅外掃描電路 7 4.3計數(shù)顯示電路 7 4.4蜂鳴器報警電路 8 4.5原理圖及元件清單 9 5 源程序設計 106 Proteus軟件仿真 11、12 7課程設計體會 14 1前言 產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對其線上的產(chǎn)品進行實時的、有效率的、精確的自動計數(shù)成為廣大生產(chǎn)廠家十分關注的問題。傳統(tǒng)的機械式或電子式計數(shù)器(主要是用數(shù)字電路集成組件組成)電路比較復雜,元器件數(shù)量較多,故障率較高,維修比較困難,而且設置預定數(shù)值不太方便,功能不易更改且功能過于單一,適用范圍較窄。而基于單片機為核心控制的計

5、數(shù)器有著能夠實時，精確，可靠，穩(wěn)定等計數(shù)優(yōu)點已成為廣大廠家的首選自動計數(shù)的裝置。1.2 背景與意義 候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)到目前為止已有很多年的發(fā)展史。目前候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)基本技術日臻完善，成熟.應用現(xiàn)代技術可以輕松地將這功能實現(xiàn)的很好。當今，單片微型計算機技術迅速發(fā)展，基于單片機技術開發(fā)的計數(shù)設備和產(chǎn)品廣泛應用到各個領域，單片機技術產(chǎn)品和設備促進了生產(chǎn)技術水平的提高.企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機技術并能開發(fā)、應用和維護管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術人才.單片機以體積小、功能強、可靠性高、性能價格比高等特點，已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術進步和開發(fā)機電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。已經(jīng)實現(xiàn)或

6、者部分實現(xiàn)，但要真正完美的實現(xiàn)這些目標，對于設計者來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了.候車大廳人數(shù)檢測系統(tǒng)是一種多功能的人數(shù)檢測儀器。它利用電子學的方法測出一定范圍內(nèi)總體數(shù)目，并將結果以數(shù)字形式顯示出來。1.3 課題設計要求本設計主要任務是以單片機為主控芯片來進行軟件控制，能正常人數(shù)統(tǒng)計。主要技術要求： 設計要求：1、能夠統(tǒng)計進入候車廳的人數(shù)（除去從出站口走出的），并顯示出來； 2、能夠用鍵盤設定候車大廳能容納人數(shù)的上限； 3、人數(shù)超過上限報警。2系統(tǒng)總體設計方案：圖1 、接收電路輸出波形圖從接收電路輸出波形可以看出，當有人員進入時，先擋住光線a，再擋住光線b。因此，A路先輸

7、出低電平檢測脈沖，B路后輸出檢測脈沖，兩者之間的時間差T與兩束光線之間的距離成正比，與人員運動的速度成反比，還與整個檢測系統(tǒng)的時延差有關。即：T=L/V+t -（1） 式中：T為兩路之間的時間差 L為兩路光線之間的距離 V為人員運動速度t 圖3、核心器件簡介3.1AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH儲存器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀儲存器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1

8、000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 3.2 74HC573 鎖存器簡介1. 高阻態(tài) 就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以多個芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯片燒毀; 高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。 2. 數(shù)據(jù)鎖存 當輸入的數(shù)

9、據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持; 這個概念在并行數(shù)據(jù)擴展中經(jīng)常使用到。 3 數(shù)據(jù)緩沖 加強驅動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。 OE：output_enable,輸出使能; LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思; DN：第n路輸入數(shù)據(jù); On：第n路輸出數(shù)據(jù); 再看這個真值表,意思如下： 第四行：當OE1是,無論DN、LE為何,輸出端為高阻態(tài); 第三行：當OE0、LE0時,輸出端保持不變; 第二行第一行：當OE0、LE1時,輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù); 結合下面的波形圖,在實際應用的時候是這樣做的：

10、 a OE0; b 先將數(shù)據(jù)從單片機的口線上輸出到DN; c 再將LE從0-1-0 d 這時,你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了,輸入的數(shù)據(jù)在變化也影響不到輸出的數(shù)據(jù)了;實際上,單片機現(xiàn)在在忙著干別的事情,串行通信、掃描鍵盤單片機的資源有限啊。 在單片機按照RAM方式進行并行數(shù)據(jù)的擴展時,使用MOVX DPTR, A這條指令時,這些時序是由單片機來實現(xiàn)的。 后面的表格中還有需要時間的參數(shù),你不需要去管它,因為這些參數(shù)都是幾十ns級別的,對于單片機在12M下的每個指令周期最小是1us的情況下,完全可以實現(xiàn);如果是你自己來實現(xiàn)這個邏輯,類似的指令如下： MOVP0,A ;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口

11、CLR LE SETB LECLR LE ;上面三條指令完成LE的波形從0-1-0的變化 74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣,只不過是管腳定義不一樣,數(shù)據(jù)輸入和輸出端4、硬件設計 4.1單片機最小系統(tǒng)：51單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短。2.51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。3.51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15

12、33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好4.P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時不需外加上拉電阻。設置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的

13、下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。 圖3-2 單片機最小系統(tǒng)圖51單片機的最小系統(tǒng)由單片機、晶振電路、復位電路和P0的上拉電阻組成。其介紹如下：（1）晶振電路為單片機提供時序使單片機能夠正常工作，在圖3-1中采用單片機內(nèi)部振蕩方式。此時，只要接上兩個電容和一個晶振即可。電容的大小影響著振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇1030pF的相等的兩個瓷片電容。（2）C1和R2構成了復位電路。剛開始上電時時，C1瞬間相當于短路，C1兩端保持0V電壓，VCC的電源電壓就都加在了R2上，因

14、此在單片機9腳RST上變成了高電平，此后C1上逐漸充電，即在C1上出現(xiàn)電壓，R2上的電壓開始下降，最后單片機9腳RST上變成了低電平。在此過程中只要滿足單片機9腳RST上的高電平持續(xù)24個振蕩周期即可使單片機復位。4.2、紅外線掃描器電路 紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線 接收頭配合在一起使用時候的總稱。 紅外線 在光譜中波長自 0.76 至 400 微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見 光線。紅外線接收管是在 LED 行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應紅外線發(fā)射 管發(fā)出的紅外線光線的。 一般情況下都是與紅外線發(fā)射管成套運用在產(chǎn)品設備當中。光敏接收管是一個具有光

15、敏特征的 PN 結，屬于光敏三極管，具有單向導電性，因此 工作時需加上反向電壓。 紅外線掃描器的作用：由一個100歐姆，20K歐姆，紅外對管組成，分別安裝在大廳的出入口的兩側，當掃描到有人進是數(shù)碼管顯示加一，檢測到有人出大廳時減一。4.3 計數(shù)、顯示部分計數(shù)顯示部分由單片機AT89C51控制完成?；驹頌楫敿t外對管兩端檢測部分檢測到有人經(jīng)過時，紅外接收電路LM567芯片的8腳輸出口將產(chǎn)生一個低電平信號，這個信號將供給單片機進行計數(shù)控制；顯示部分是通七段數(shù)碼顯示管顯示。4位共陰七段顯示數(shù)碼管。 LED引腳4.4蜂鳴器報警電路 蜂鳴器電路連接圖 蜂鳴器電路由一個電阻，三極管和蜂鳴器組成，起報警作

16、用。5、元器件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量單片機STC89C511晶振12MHz1瓷片電容30pF2電阻10K1按鍵3電容10uF1電阻若干數(shù)碼管4位共陰1三極管85501排針若干導線若干蜂鳴器1紅外對管15 、原理圖 6 源程序設計：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint count=0;uint sudu=0;uchar time;uint num;sbit beep = P37;sbit key1 = P35;sbit key2 = P36; uchar dat4=0,1,2,3;uch

17、ar table10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delayms(unsigned int x)unsigned char j;while(x-) for(j=0;j123;j+); void display ()uchar i,dis=0x7f;for(i=0;i1)|0x80;delayms(1);void process(uint i)dat0=num/10;dat1=num%10;dat2=i/10;dat3=i%10;void keyClear()if(key1=0)delayms(10);if(key

18、1=0)count=0;while(!key1)process(count);display();void keySet()if(key2=0)delayms(10);if(key2=0)num+;while(!key2)process(count);display();void BJ()if(count=num)beep=0;elsebeep=1;void main()ET0=1;IT0=1;EX0=1;EA=1; beep=1;num=10;while(1)keyClear();keySet();BJ();process(count);display();void ex0(void) in

19、terrupt 0 using 0count+;6 Proteus軟件仿真在焊接完硬件電路并搭建好系統(tǒng)仿真模型后，就可以對系統(tǒng)進行部分和整體調(diào)試了，系統(tǒng)進行整體調(diào)試的目的就是查找系統(tǒng)結構以及軟件設計中的漏洞，及時彌補過失，以使系統(tǒng)能夠正常高效運行。在Proteus中的軟件仿真主要分為以下幾個步驟： 1)系統(tǒng)模型的搭建在Proteus的元件庫中尋找所需要的核心芯片和外圍設備元件，根據(jù)電路需要搭建模型電路。如果在Proteus元件庫中沒有某一特定型號的元件則可以使用其他具有相似功能的元件進行替代，例如在Proteus元件庫中沒有AT89c51單片機，在程序設計以及元件參數(shù)設定時需要將這方面因素考慮進去。 2 )程序的調(diào)試任何與單片機有關的仿真都要求有其特定的系統(tǒng)程序，所以在仿真之前還要編寫系統(tǒng)程序，編寫完成后，首先應該對程序進行調(diào)試，可以使用Proteus自身帶的調(diào)試功能，也可以使用其他軟件，比如Keil、Wave等，排除程序中的邏輯錯誤就可以在Proteus仿真圖中進行軟硬聯(lián)調(diào)了。 3 )系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)模型搭建成功且程序調(diào)試成功后，就可以使用Proteus軟件對單片機系統(tǒng)進行仿真測試了。首先將調(diào)試軟件所生成的.HEX文件下載的仿真單片機中；然后根據(jù)預先的約定進行單片機系