教室人數(shù)自動計數(shù)裝置

目錄第1章緒論 11.1設(shè)計背景 11.2設(shè)計內(nèi)容及解決問題 1第2章系統(tǒng)方案設(shè)計 2設(shè)計任務(wù)及要求 2系統(tǒng)設(shè)計思路 22.3光電傳感器簡介 22.4方案1設(shè)計 32.5方案2設(shè)計 32.6方案論證 42.7系統(tǒng)總體框圖及原理 4第3章硬件電路設(shè)計 53.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 53.2鍵盤顯示模塊設(shè)計 53.3電源電路設(shè)計 63.4外部檢測設(shè)備設(shè)計 63.5顯示模塊設(shè)計 7第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 8第5章設(shè)計總結(jié) 13參考文獻 14附錄Ⅰ根本使用器件 15附錄Ⅱ芯片型號 16摘要近來在主要的大城市還有一些規(guī)模較大的學(xué)校中，人口流動量非常大，在一定程度上給生活帶來不便。本文主要介紹了教室人數(shù)自動計數(shù)裝置的工作原理，在對各種計數(shù)方法進行分析后提出了基于光電傳感器和單片機系統(tǒng)的計數(shù)測量控制裝置，并給出了智能計數(shù)器控制的硬件電路設(shè)計、軟件電路設(shè)計和系統(tǒng)程序流程圖。本文詳細分析了系統(tǒng)的組成及工作原理，給出了系統(tǒng)各個硬件、軟件的設(shè)計方法。該計數(shù)系統(tǒng)安裝方便，維護簡單，工作穩(wěn)定，運行可靠，對于學(xué)校、商場、會議室等人員流動很大的公共場所有很高的使用價值，方便對于人員流動的管理及配送、具有很高的使用價值和經(jīng)濟價值。關(guān)鍵詞：單片機；光電傳感器；智能計數(shù)器第1章緒論1.1設(shè)計背景在學(xué)校等人員流動較大的地方，如果對人數(shù)的變動沒有有效的管理和控制，那么對工作和學(xué)習(xí)的效率是有害的。如何對于人員流動進行實時的、有效的、精確的計數(shù)成為學(xué)校等場所十分關(guān)注的問題，因此設(shè)計一款實用有效的人數(shù)計數(shù)器是很必要的。電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器，至今已有30多年的開展歷史。早期設(shè)計師們追求的目標(biāo)主要是擴展計數(shù)范圍，提高計數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是衡量一款計數(shù)器的主要指標(biāo)。目前這些計數(shù)日趨完善，現(xiàn)代的應(yīng)用技術(shù)可以讓計數(shù)器的范圍擴展到無限大。當(dāng)今，單片機技術(shù)迅速開展，基于單片機技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備也廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。單片機以體積小、功能強、可靠性高、性價比高等特點，已成為實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步和開發(fā)機電一體化智能測控產(chǎn)品的重要手段。如今的自動計數(shù)器大多采用非接觸式的計數(shù)觸發(fā)方式，早已開發(fā)出多種型號的專用檢測芯片，利用MCS51系列的單片機作為控制核心的計數(shù)器成為了計數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的潮流。1.2設(shè)計內(nèi)容及解決問題如何構(gòu)成檢測電路、MCS51系列單片機用何種方式對外部計數(shù)脈沖進行計數(shù)顯示控制、LED顯示模塊的選擇、單片機的擴展、提高單片機抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計可實現(xiàn)教室內(nèi)人數(shù)自動計數(shù)、顯示的裝置。通過在教室門上安裝的檢測裝置檢測進出教室的人數(shù)，計算出教室內(nèi)的實際人數(shù)，當(dāng)按下顯示按鍵、數(shù)據(jù)通信按鍵和數(shù)據(jù)去除按鍵時，可分別實現(xiàn)人數(shù)的顯示、通信和數(shù)據(jù)去除，其中顯示應(yīng)在教室外顯示，以便學(xué)生查詢。此外，裝置還設(shè)有上課/自習(xí)狀態(tài)按鍵和相應(yīng)的指示裝置。系統(tǒng)設(shè)計思路由于教室前后門應(yīng)用相同的設(shè)備，故只介紹其中一個；使用器件：光電傳感器2個，數(shù)碼管3個，AT89C51單片機一個，控制按鍵1組。設(shè)計思路：門上裝有兩個光電傳感器，并排架設(shè)，一前一后，假設(shè)傳感器1先有信號而傳感器2后有信號，那么表示有人進入教室；假設(shè)傳感器2先有信號而傳感器1后有信號，那么表示有人出了教室。傳感器信號經(jīng)過放大濾波傳給單片機，單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出信號，傳給8位數(shù)碼管，數(shù)碼管放在教室外面，方便學(xué)生查看。按鍵電路設(shè)置復(fù)位及清零，數(shù)碼管上還可以顯示上課、自習(xí)的狀態(tài)。設(shè)備利用CAN總線進行遠程通信，連接到控制中心。2.3光電傳感器簡介光電傳感器是利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(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光電傳感器一般有光源，光電元件，轉(zhuǎn)換電路三局部組成。光電檢測法具有精度高、反響快、非接觸等特點，而且可測參數(shù)多，傳感器結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。紅外發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛的應(yīng)用于計算機、儀器儀表的自動控制系統(tǒng)中。光電轉(zhuǎn)換局部與單片機的連接框圖如下：傳感器傳感器整形驅(qū)動計數(shù)脈沖89C51圖2.1觀點轉(zhuǎn)換局部與單片機得連接示意圖2.4方案1設(shè)計原理圖：檢測單元檢測單元MCS51控制單元LED顯示驅(qū)動LED顯示電源檢測、單片機保護掉電數(shù)據(jù)保護電源供電電路原理闡述：RT1072紅外檢測芯片形成計數(shù)脈沖以后送給控制單元AT89C51單片機，通過對它片內(nèi)計數(shù)、顯示編程。PS7219是專用的LED顯示驅(qū)動芯片，可以同時驅(qū)動8個數(shù)碼管。X2504P是一塊具有電源電壓監(jiān)控、EEPROM和看門狗定時器電路三種功能于一體的芯片，它保證在電源接通、關(guān)斷、瞬間電源電壓不穩(wěn)的時候不會造成系統(tǒng)死機、數(shù)據(jù)誤寫或誤操作，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。方案2設(shè)計原理圖：紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射電路紅外接收電路MCS51顯示驅(qū)動LED顯示電源供電電路原理闡述：紅外發(fā)射電路和紅外接收電路構(gòu)成紅外檢測單元以及形成計數(shù)脈沖、經(jīng)過AT89C51外部中斷對其片內(nèi)計數(shù)、顯示編程、最后通過顯示驅(qū)動芯片連接上LED顯示器就完成最后的顯示。方案論證方案1即可完美的實現(xiàn)人數(shù)的計數(shù)功能，并且能讓系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和抗干擾時通過外圍專用芯片得到非常好的解決，外圍電路架設(shè)相對簡單，在市場上屬于高端自動計數(shù)產(chǎn)品。同時它也暴露出一個重大問題：由于本錢太貴的原因此類產(chǎn)品沒有得到普及，如果用此方案進行設(shè)計只需要了解各專用芯片的引腳功能以及外圍連接方法就可以實現(xiàn)自動計數(shù)。方案2是這次設(shè)計所選用的最終方案，之所以選用是因為這個方案能夠到達精確、穩(wěn)定的自動計數(shù)。但也有致命缺點，就是整個系統(tǒng)抗干擾能力較弱，系統(tǒng)掉電以后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)下容易出現(xiàn)誤操作或者死機，這也是此次設(shè)計著重解決的課題。系統(tǒng)總體框圖及原理根據(jù)方案2進行了局部的修改，以到達穩(wěn)定系統(tǒng)的目的，具體框圖如下：信號調(diào)理信號調(diào)理波形變換單片機存儲電路LED顯示鍵盤模塊光電傳感器原理闡述：本電路的指導(dǎo)思想是利用類似紅外發(fā)光管的光電傳感器檢測人員進出，接收器接收到信號，并將其放大、整流形成高電平信號。當(dāng)人或物品擋住紅外光時，接收器沒有接收到信號，放大器輸出低電平信號。這個便是外部計數(shù)脈沖信號。這個脈沖信號送到AT89C51單片機中進行計數(shù)控制，完成顯示。

第3章硬件電路設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖3.1單片機最小系統(tǒng)鍵盤顯示模塊設(shè)計圖3.2鍵盤顯示模塊上圖為鍵盤電路圖，按鍵功能分別為：K0鍵：復(fù)位清零；K1鍵：顯示上課\自習(xí)狀態(tài)；K2鍵：顯示計數(shù)脈沖數(shù)；此按鍵電路為低電平有效，當(dāng)無按鍵按下的時候，單片機輸入引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均為高電平。當(dāng)其中任何一個按鍵按下的時候，其對應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖?。電源電路設(shè)計電源電路示意圖如下：圖3.3電源電路外部檢測設(shè)備設(shè)計這個局部主要是由NE555組成的紅外發(fā)射電路和LM567構(gòu)成的紅外接收電路組成。工作原理為當(dāng)紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光，檢測是否有人或者物品遮擋，然后由紅外接收二極管將調(diào)制信號通過鎖相環(huán)鑒頻后輸出CP計數(shù)脈沖以便單片機進行計數(shù)控制。紅外線發(fā)射電路如下列圖：圖3.4.1紅外線發(fā)射電路紅外線接收電路如下列圖：圖3.4.2紅外線接收電路顯示模塊設(shè)計顯示局部由單片機AT89C51控制完成。顯示驅(qū)動由74HC241完成。示意圖如下：圖3.5顯示電路

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)流程圖：開始開始初始化人員檢測模塊人員計數(shù)模塊有鍵按下鍵效勞上課/自習(xí)指示清零NY顯示系統(tǒng)程序設(shè)計：**************************************CPUAT89CXTAL12M**************************************#include<AT89X51.H>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint**************************************bittime_10ms_ok=0,time_50ms_ok=0;//定義時間標(biāo)識uchartime_counter1;//軟件時間計數(shù)器ucharbuff[3];//顯示緩沖區(qū)ucharcodenumber[10]="0123456789";//顯示字符/******************************************按鍵讀取子程序，四個按鍵依次返回1，2，3，4******************************************/ucharread_key(void){staticucharkey_state;ucharkey_press,key_return=0;key_press=P3&0xf0;//讀取按鍵I/O口switch(key_state)//判斷按鍵狀態(tài){case0://狀態(tài)0if(key_press!=0xf0)//不等，表示有鍵按下key_state=1;//狀態(tài)置1break;case1:if(key_press!=0xf0)//確實不等，判斷是哪個鍵按下{switch(key_press){case0xe0://00001110第一個按下key_return=1;break;case0xd0://00001101第二個按下key_return=2;break;case0xb0://00001011第三個按下key_return=3;break;case0x70://00000111第四個按下key_return=4;break;}key_state=2;//狀態(tài)置2}else//否那么是抖動，狀態(tài)置0key_state=0;break;case2://狀態(tài)2，等待按鍵釋放if(key_press==0xf)key_state=0;break;}returnkey_return;}********************************************************************LCD顯示子函數(shù)，顯示之前需要將要顯示的數(shù)按個，十，百依次放入顯示緩沖區(qū)*********************************************************************voiddisplay(ucharadd,uchardat){uchari;for(i=0;i<3;i++)//將要顯示的數(shù)分解送顯示緩沖區(qū){buff[2-i]=dat%10;dat=dat/10;}write_lcd_cmd(add);//顯示在lcd上for(i=0;i<3;i++){write_lcd_dat(number[buff[i]]);}}/*********主函數(shù)**********/voidmain(void){ucharup_limit_in=20,low_limit_in=5;//定義進出門人數(shù)要設(shè)置的上下限ucharup_limit_out=20,low_limit_out=5;ucharnumber_in,number_out;//定義進出門人數(shù)ucharkey_input;ucharset_state=0;//定義設(shè)置鍵狀態(tài)(第四個鍵)uchari;********************************************************************CAN總線通信模塊*********************************************************************#include"CAN_TOUWENJIAN.h"http://包含相關(guān)存放器定//初始化SJA1000主控制器子函數(shù)voidInit_CAN(void){MODE=0x01;CDR=0x88;IER=0x0D;AMR=0xFF;ACR=0x00;BTR0=0x05;BTR1=0xFF;OCR=0xAA;TXERR=0x00;Reg_LINSHI=ECC;MODE=0x09;}//主程序voidcan(void){SCON=0x50;PCON=0x00;TMOD=0x21;TL1=0xfd;TH1=0xfd;TR1=1;EA=1;ES=1;Init_CAN();while(1){TX_DATA_CAN();//發(fā)送子程序REC_DATA_CAN();//接收子程序SERIAL();//串行通信子程序}

第5章設(shè)計總結(jié)本次設(shè)計選用AT89C51單片機作為控制核心，利用數(shù)碼管來顯示人數(shù)，利用CAN總線進行遠程數(shù)據(jù)通信，從分利用所學(xué)的智能儀器的知識，使本系統(tǒng)成功的對教室人數(shù)進行計數(shù)，具有良好的實用性和經(jīng)濟性，為學(xué)校更方便的進行學(xué)生人數(shù)的管理提供了很好的幫助。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、靈活，經(jīng)濟性好、維護方便，具有良好的使用價值和市場經(jīng)濟價值。本次設(shè)計的系統(tǒng)仍然有缺乏之處，比方在掉電的時候無法對數(shù)據(jù)進行保護，如果學(xué)校在晚上進行人員清點的時候，系統(tǒng)再次上電那么沒有了數(shù)據(jù)，如果學(xué)校經(jīng)濟允許，可以采用方案論證中的第一種方案，在掉電的時候可以對數(shù)據(jù)進行保護；本系統(tǒng)使用的單片機只是入門級產(chǎn)品，整個51系列在市面上已經(jīng)極少流通，取而代之的是更小型、更方便、功能更豐富的單片機。假設(shè)使用新型的、更優(yōu)秀的單片機，系統(tǒng)的性能必然會上升一個臺階；由于教室有兩個門，兩個門上的兩套系統(tǒng)要進行實時的顯示和互動，兩套系統(tǒng)之間的聯(lián)系也要非常密切，