光电计数器的设计

目 录

1引言 ........................................................................................................................................ 2 2 设计内容及要求 .................................................................................................................... 2

2.1基本内容 ..................................................................................................................... 2 2．2提高要求 ................................................................................................................... 2 3 光电计数器的系统设计 ........................................................................................................ 3

3.1系统硬件设计 ............................................................................................................. 3 3.1．1各模块组成 ....................................................................................................... 4 3.1.2系统总电路图 ..................................................................................................... 7 3.2软件程序设计 ............................................................................................................. 8 4结束语................................................................................................................................... 11 参考文献.................................................................................................................................. 11

光电计数器的设计

***，物理与电子信息学院

摘 要：本系统采用的是以单片机AT89C52为核心的自动计数器。将红外发光

管与光电接收管相对放置，每当物体通过一次，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，输入至单片机AT89C52的P3.2口，通过软件控制并以LED加以显示，便可以实现对物体的计数统计。本计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码管显示，可适用于诸多行业。

关键词：自动计数器，计数触发，光电式传感器

The design of photoelectric counter

***，College of Physics and Electronic Information

Abstract：The system uses the microcontroller is AT89C52 as the core of the

automatic counters.By the infrared luminescence tubes and optoelectronics receiving tube relative position,whenever objects through time, optoelectronics receiving pipe output voltage has a time change,this change voltage signal by amplifying and processed input to AT89C52 MCU P3.2 mouth,through software control andLED to display,can realize to the object counting statistics. This counter can or mechanical artificially count way into electronic counted,and using LED digital pipe display,can be applied to many professions,to meet modem production and lifestyle needs.

Key words：automatic counters, counting trigger, photoelectric sensor

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1 引言

21世纪是信息时代，获取信息，处理信息，运用信息。传感与检测技术的 重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。

传感与检测技术是一门知识面广、综合程度高、实用性很强的专业课程。它从传感器的基本理论入手，着重讲叙传感器的结构与感测原理，传感器是一个二端口的装置，不同的传感器输入-输出特性不同，同一传感器适应不同的被测信号呈现的特性也有所不同。尤其当被测信号为静态信号时两种状态下，传感器的输入-输出特性完全不同。

在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。而数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和非接触式计数器两种。本次设计的光电计数器为非接触式计数器中的一种。

光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各

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类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。

随着科学技术的发展，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。 通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面。由于有光电计数的设计理念，因此有了光电计数的发展。在市场电子计数器行业需求增长有所减缓的现状下，产能扩张的势头并没有得到较好的控制。产能过剩、重复建设不仅导致生产与消费的失衡，而且还引发了电子计数器行业内的一系列恶性价格竞争，影响了电子计数器行业业的盈利能力。由于当前电子计数器行业效益下滑，所以对电子计数器行业企业授信更要慎重。必须关注电子计数器行业子行业，关注电子计数器行业上下游企业，优化客户结构，针对电子计数器行业行业需求进行新产品开发。

2 设计内容及要求

2.1基本内容

本次设计光电计数器，使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能。 2.2提高要求

1) 发光器件和光接收器之间的距离大于lM

2) 有抗干扰技术，防止背景光和瓶子抖动产生计数误差

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3) 每计数100，用灯闪烁2S指示一下

3 光电计数器的系统设计

3.1系统硬件设计

检测部分使用红外对管：发射管和接收管。当物体穿过光路时，接收头输出为高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经由一电压比较器反相后送入CPU。接单片机P3.2口，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给LED显示。系统原理框图如图2.1所示。

图3.1 系统电路原理图

本系统的硬件电路由光电转换、单片机系统、计数显示组成。

3.1.1光电转换

红外线生产流红外线89C51计数显示 单片机 4

VCCAT89C52PROGRAM=SS.hexR12R1920024OPTOCOUPLER-NPNU216510kU3:AR13182k3124R17180m11LM837R1620kR18180m 图3.2 光电转换电路

红外对管和R1，R2组成的光电检测电路，负责把被检测的数量转换成电压脉冲信号。工作时红外发光管发出的红外光线投射到光敏三极管上，光敏三极管导通，集电极输出低电平；当红外光线被检测物遮断时，光敏三极管截止，集电极输出高电平。遮断一次输出一个脉冲，因此脉冲的个数就是被检测物的数量。 红外对管中红外发光管的正向电流为50mA，在环境温度为25°C时，它的最大耗散功率100mW，正向压降1.5V。当环境温度上升时，允许的正向工作电流还要减小。为了留有一定的欲量，取它的工作电流为20mA。则 R1=

5V?1.5V20mA=175 ?

取R1=200?，其中5V是电源电压，1.5V是红外发光管的正向压降。 根据红外对管的计数手册可知：

使红外发光管的正向电流为20mA,当有遮挡时，光敏三极管Iceo=100nA；无遮挡时，光敏三极管的Ic=0.7mA.为了使光敏三极管能工作在开关状态，则

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R2=

5V?0.4V0.7mA=6.7K?

取R2=10K?，其中5V是电源电压，0.4V是光敏三极管的饱和压降。

红外对管的输出脉冲信号加到一个迟滞比较器（或者称作施密特触发器）。它有两个门限电压，分别称作上门限电压V1和下门限电压V2，两者的差值称为门限宽度获迟滞宽度，即：

ΔV=V1-V2

假设比较器输出高电平V3，则V3和Vcc共同加到同向输入端的合成电压： V=

R3R3?R5V3+

R5R3?R5Vcc

当比较器输出为低电平V4时，按同样的分析求得加到同向输入端的合成电

压为： V5=

R3R3?R5V4+

R5R3?R5Vcc

若Vi有大减小的通过V5时，则Vo由Vo1上跃到Vo2。可见，上式所示的V5就是比较器的下门限电压，即V2=V5.相应的迟滞宽度为：

ΔV=V1-V2=

R5R3?R5（Vo1-Vo2）

调节R1和R2,可以改变ΔV. 同时Tw=2ln（1+

2R5R3）

在实际应用中，利用迟滞比较器可以有效的克服噪声和干扰的影响，利用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。 因此，当被测物每遮挡一次红外对管时，施密特触发器输出一个宽度为Tw的脉冲，该脉冲送到计数器去计数和显示。C4是滤波电容，可提高单稳态触发器的工作稳定性。 3.1.2单片机系统

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此实验采用的是AT89C2052单片机进行控制计数。AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM

· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz · 2个串行中断 · 可编程UART串行通道 · 2个外部中断源 · 共6个中断源 · 2个读写中断口线 · 3级加密位

· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等

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功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

图3.3 AT89C52单片机引脚图

3.1.3显示模块：

当向P3.2口输入低电平时，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过三个

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数码管显示出来。

图3.4 显示电路

3.1.4系统总电路图

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