自動工件檢測計數(shù)器)

1、 成績評定： 傳感器技術 課程設計 題 目 自動工件檢驗計數(shù)傳感器 摘要設計了一套適用于工件檢測計數(shù)的自動計數(shù)儀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用光電耦合器傳感器作為檢測元件，當有工件通過時光電耦合器，傳感器接收端產(chǎn)生相應的脈沖信號，通過對脈沖信號進行計數(shù)，實現(xiàn)對工件的自動計數(shù)。對控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件控制流程作了詳細介紹并進行了樣機驗證，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對工件進行快速、準確地檢測計數(shù)。關鍵詞：控制電路 數(shù)據(jù)采集電路 單片機 光電耦合器目 錄一 、設計目的4二、設計任務與要求42.1設計任務42.2設計要求4三、設計步驟及原理分析53.1設計方法53.2設計步驟53.3設計原理分析13四、課程設計小結(jié)與

2、體會21五、參考文獻22一 、設計目的1、了解自動工件檢驗計數(shù)器的基本知識以及相關電工電子學、單片機、傳感器等技術，通過設計加深對電子電路方面知識的理解； 2、 能夠熟悉傳感器的檢測以及應用電路， 加深對于光電元件的了解，學會應用光電元件進行實際檢測和應用。二、設計任務與要求2.1 設計任務針對工廠工件數(shù)量龐大人工計件與檢測過于繁雜，且容易出現(xiàn)錯誤計數(shù)等弊端，設計并實現(xiàn)一個自動檢測計數(shù)器輔助生產(chǎn)。2.2 設計要求1、利用光電元件設計自動工件檢驗計數(shù)器；2、通過該傳感器可以給自動生產(chǎn)線上的工件產(chǎn)品自動貼商品標簽，同時對貼好標簽的工件產(chǎn)品自動計數(shù)。 3、畫出

3、你所設計的自動工件檢驗計數(shù)器的電路原理圖并予以說明； 4、給出你所選擇的元件明細表；簡要說明你所設計的傳感器的測量特點；5、要有相應的控制算法（軟件流程圖）。三、設計步驟及原理分析3.1設計方法光耦合器是把發(fā)光器件和光敏器件同時封裝在一個外殼內(nèi)，以光為媒介把輸入端的電信號耦合到輸出端的一種器件。電路光控電路，放置在流水線旁。當有產(chǎn)品通過光電門時，都會先觸發(fā)光控電路，而計數(shù)系統(tǒng)是利用AT89C2051定時計數(shù)器來工作的。當有物體通過時將信號擋住，會遮斷紅外信號，紅外接收器接收不到信號。每次遮斷電壓信號通過電壓比較器產(chǎn)生高電壓通過電壓比較器和非門使AT89C2052單片機的P32產(chǎn)生低電

4、平，經(jīng)內(nèi)部程序運算后進行加法處理，其結(jié)果通過六個LED 數(shù)碼管顯示出來AT89C2052單片機的P口分時輸出數(shù)據(jù)(段選碼)，用于點亮六個數(shù)碼管，AT89C2051單片機的P0.0、P0.1、 P0.2、P0.3，P0.4,P0.5,P0.6,P0.7則選通A,B,C,D,E,F,G,DP.根據(jù)光控電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖令計數(shù)器進行加計數(shù)，要求計數(shù)器的最大計數(shù)容量是99個，并用數(shù)碼管顯示數(shù)字。整個光電計數(shù)器系統(tǒng)是由光電傳感電路、運算放大電路、AT89S51單片機系統(tǒng)電路、顯示計數(shù)電路、報警電路五個部分組成的，如圖2-1所示。光電傳感電路把被計數(shù)的物體的變化轉(zhuǎn)換成電信號，由顯示計數(shù)電路計數(shù)，再由數(shù)碼顯示

5、管顯示，當傳感器長時間無反應時，報警電路發(fā)出報警。設計框圖工件光耦合傳感器 控制電路 報警單片機計數(shù)并貼標簽 圖1 3.2設計步驟3.2.1 傳感器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。為了能準確地遠距離地感應到產(chǎn)品經(jīng)過光電門，就必須選擇敏感性高且穩(wěn)定的信號感應器件，而光電耦合器滿足這個條件。光電耦合器是發(fā)光源和受光器件組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器件的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等，實際電路發(fā)光源選用高亮發(fā)光管和硅光電池。L1和L2為高亮發(fā)電管，BT1和B

6、T2是硅光電池，光電傳感器的電路圖如圖2所示。圖2其工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。3.2.2 數(shù)據(jù)采集電路光耦合器可以構成各種邏輯電路，由于光耦合器的抗干擾性能不晶體管好因此，由它構成的邏輯電路更為可靠。下圖3所示電路為“與門”邏輯電路，器邏輯表達式為L=AB，圖3中兩只晶體管串聯(lián)，只有當輸入邏輯電平A=1，B=1時，輸出L=1為高電平。即當有工件經(jīng)過時，工件將發(fā)射端的光線遮住A,B兩端為低電平，電路此時處于截止狀態(tài)，輸出端的L=0。用

7、輸出端的高低電平交替變化代替工件的數(shù)量，完成數(shù)據(jù)的采集工作。圖33.2.3 單片機部分設計將傳感器測量電路接入單片機；圖43.2.4 計數(shù)部分設計 由于光電技術電路需要在數(shù)碼管上顯示通過光電門的產(chǎn)品數(shù)量，因此可以在內(nèi)部存儲器空間定義它的顯示緩存區(qū)，用來暫存數(shù)碼管顯示的當前值。系統(tǒng)在初始化程序之中，設置外部中斷0產(chǎn)生中斷標志T0,并初始化值為0。當有外部中產(chǎn)生時，相應的中斷置1。當外部中斷0產(chǎn)生中斷時，在主程序中掃描T0是否為1。當T0為1時，調(diào)用光電計數(shù)子程序，將顯示暫存變量加1，。每當通過光電門的產(chǎn)品數(shù)量達到12時，蜂鳴器響一聲，并清零緩存，繼續(xù)計數(shù)。圖53.2.5 貼標簽部分設計 利用單片

8、機控制機器在輸入低電平時向前推送完成標簽的粘貼工作。AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集電路標簽盒自動粘貼單片機控制程序圖63.2.6 無反應報警部分設計 在生產(chǎn)中，可能由于各種各樣的原因?qū)е聜鞲衅骰蚱?電路無法正常工作。故設計一個具有檢驗效果的預警裝置十分有效。 當單片機接收到傳感器的脈沖信號時，正常工作即計數(shù)與貼標簽。 我們使用16位的定時器，定時30分鐘。設定定時器的工作狀態(tài)，當定時器計時到溢出時溢出標志置一，無反應報警裝置啟動。具有延遲程序的蜂鳴器開始報警。 3.3設計原理分析本設計利用遮光式背對背光耦合器來測量工件的個數(shù)與有無。當工件經(jīng)過時，光線被遮住后電路斷開，輸出低電平。機械手接通，向工件貼上標簽。

9、當工件離開，傳感器接收到光線，數(shù)據(jù)采集電路接通，輸出高電平，單片機接收到脈沖信號，計數(shù)器記錄一次。 傳感器電路只是起到采集數(shù)據(jù)作用，主要功能有單片機完成。即編寫貼標簽，計數(shù)與報警功能。 傳感器檢測部分使用紅外對管：發(fā)射管和接收管。當有物體穿越光路時，接收頭輸出為高電平，反之則為低電平，接收頭的電平信號經(jīng)由一電壓比較器反相后送入CPU。接單片機P32口，啟動計數(shù)器開始計數(shù)，并將計數(shù)后所得的數(shù)據(jù)送給LED顯示，并調(diào)用貼標簽程序，貼標簽裝置啟動。當長時間脈沖無變化時，定時器溢出，觸發(fā)報警裝置自動報警。需要計算工件運輸速度與電路單片機的反應時間，計算出貼標簽的最佳時間與位置，才能使流水線正常運作。原件

10、清單名稱名稱數(shù)量單片機AT80S511光耦合器GD3112電阻3電容19晶振CRYSTAL1顯示器LED1三極管NPN3開關2發(fā)光二極管放大器OPAMP1電源23.3.1主要元器件介紹（1）光耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為

11、種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。光電耦合器實物圖圖7光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）?；竟ぷ魈匦裕?、共模抑制比很高在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的

12、耦合電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。2、輸出特性光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對應B、C、E極，接在儀器插座上。3、隔離特性1入出間隔離電壓Vio（Isolati

13、on Voltage）光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。2入出間隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值3入出間隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）半導體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。4、傳輸特性：1電流傳輸比光電耦合器CTR（Current Transfer Radio）輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。2上升時間Tr （Rise Time）& 下降時間Tf（Fall Time）光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸

14、出端管則輸出相應的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時間為脈沖上升時間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時間為脈沖下降時間tf。其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復述。5、光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。（2） AT89S52單片機隨著大規(guī)模集成電

15、路（LSI）制造技術的飛速發(fā)展，單片機也隨之迅猛發(fā)展，其發(fā)展歷史大致分為三個階段：第一階段（1976年1978年）：初級單片微處理器階段。以Intel公司的MCS-48為代表。此系列的單片機具有8位CPU，并行I/O端口，8位時序同步計數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，但是沒有串行口。第二階段（1978年現(xiàn)在）：高性能單片機微處理器階段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，該類型單片機具有串行I/O端口，有多種中斷處理系統(tǒng)，16位時序同步計數(shù)器，RAM，ROM容量加大，尋址范圍可達64KB，有的芯片甚至還有A/D轉(zhuǎn)換接口。由于該系列單片機應用領域極其廣

16、泛，各公司正大力改進其結(jié)構與性能。第三階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機，經(jīng)處理器改良型及16位單片機微處理器階段。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，8k B

17、ytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器 。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。MCS-51單片機采用異步通信的串行通信方式，有一個全雙工的串行接口電路，整個串行通信可以通過編制的程序設定，串行接口電路的內(nèi)部結(jié)構如圖2-2所示。串行通信與并行通信不同，并行通信是一次性傳送8位數(shù)據(jù)，傳輸快捷方便，但硬件較復雜，遠距離傳輸成本較高，串行通信是一位一

18、位的傳送，一個字節(jié)的八位二進制數(shù)至少需要傳送8次，結(jié)構也比較簡單，串行通信是通過串行口來實現(xiàn)的，MCS-51單片機有一個全雙工的異步串行接口可以用于串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信，串行通信的兩種基本方式有異步傳送方式和同步傳送方式。圖8SBUF是獨立的兩個緩沖器，主要功能存放接收到的數(shù)據(jù)和存放將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，起緩沖作用，TXD是發(fā)送引腳，數(shù)據(jù)從TXD一位一位的向外設發(fā)送，RXD是接收引腳，數(shù)據(jù)從RXD一位一位的接收到單片機內(nèi)。AT89S51 單片機引腳圖四、課程設計小結(jié)與體會本次設計是設計利用光線的通段來統(tǒng)計通過光電門的產(chǎn)品數(shù)量的光電計數(shù)器。在設計電路初期，由于沒有設計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設計思想，卻不知道應該選哪個，經(jīng)過自己查找資料，知道了目前，電子計數(shù)器的輔助功能也逐漸增加，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多功能計數(shù)器，多功能計