基于单片机的红外计数器设计

基于单片机的红外计数器设计

魏永强

身份证号：371203199310283719

摘要：近年来，随着经济社会的飞跃式发展，现在的多元化化的生产流水线上出现了越来越多的带自动计数功能的器件，各类智能化的场所中也越来越多的使用带有自动计数功能的器件。这正是因为基于单片机的红外计数器具有计数精准、容易观察等的优点。现在，能在市场中使用和推广的数字计数器形式也是多种多样，其中最流行的主要形式有非接触式计数器和接触式两种，如今，非接触式比接触式的计数器要要更加流行。   

关键词：单片机；红外对射管；LED数码管

前言：本课题设计利用的基本原理是利用现有的科技红外发光管和红外接收管，发光管能发射出光线，然后能由接收管收到这条红外线的特性，当红外接收管接收到信号时会将这一信号进行放大等处理，使这一信号变成高电平信号。如果有物体遮挡住发出的光线时，接收管收不到外界信号，这时放大器会自动输出低电平，通过这一原理可以使器件进行简单的操作计数，电平信号会经过译码驱动电路，使数码管工作，最终显示结果。利用这样的原理就得到要统计的数量的指导思想，把红外发射接收管设置为红外计数器的信号检测探头，可以使组成的检测器件具有更好的抗干扰能力，使价格更实惠，使用和组装器件也更方便，结构更简单等特点。 

1、设计任务

现在在以单片机为控制核心的计数器中大部分都是采用非接触形式来工作。对于专门用于检测的芯片现在已经研发出了多种型号。现在全世界自动计数生产厂家研究的主要方向主要是通过什么方法来提高自动计数器的实用性能，通过什么方法能加强设计物品的抗干扰能力和稳定性能也是现在设计的研究方向。利用AT89C2051来作为控制单元组成的计数装置也已经成为自动计数应用领域的一种潮流方向。在生产流水线上很多都是高噪音、高温度的环境，很多计数器都要在在这样的环境中进行工作，以MCS-51系列单片机为基本设计单元的设计的计数器，在这样的环境中工作时很容易出现问题，这一点正好是基于单片机计数器的不足之处。

这次设计的主要目标：以单片机为主控芯片，保证整个系统进行正常的计数得同时并能利用主控芯片进行软件控制，如何来保证系统稳定的同时让系统的抗干扰能力得到提高是这个设计中需要去解决的问题。主要的技术指标：（1）显示并能计数；（2）具有报警功能；（3）具有抗干扰性。

2、红外线计数器的总体设计方案

2.1  总体方案

2.1.1设计方案一

原理：红外检测单元是有红外发射电路发射红外光线来做发射电路和红外接收电路来做接收电路共同组成，加上形成的计数脉冲，计数脉冲经过AT89C51芯片的外部中断，外部中断对检测的计数进行处理编程同时把最后要显示的结果进行显示编程、再通过显示驱动芯片与LED显示器进行连接，通过显示器完成了最后的结果显示。这个系统符合设计要求的目标，可以通过单片机系统来控制计数器整体系统的运行，这个设计还可以进行精准的计数和并能显示结果。文案设计优缺点：涉及到的知识多，按照设计方案的设计结果也可以让计数器能达到精准和稳定的计数，但是这个计数器抗干扰力很弱是一大缺点，突然的断电后系统不能自动保存数据，而且当在一些异常环境状态时很容易出现问题，导致出现死机或误操作，所以不采用方案一。

2.1.2设计方案二

设计方案二原理：由红外发射电路和接收电路一起组成红外计数器检测单元，以及形成的计数脉冲和计数的显示部分是使用了共阴数码管。当红外发射光线发出的光线被物体阻挡时，控制芯片输出口由高电平变为低电平，信号传到单片机使单片机进行工作计数，最后使数码管上显示结果。

方案优缺点：本次设计是采用的方案，这个方案操作简单，计数准确而且造价便宜，当突然发生异常情况时，系统也能及时保存数据进行稳定工作，这个设计完全适合应用于对计数要求较高的场合中。  

2.2  采用51系列单片机的主要特点

51系列的单片机有几个特点，如下： 

（1）51单片机有很高的可靠性，可操作性高，集成度很高；（2）控制功能好；（3）51单片机的功耗低，便于生产便携式产品；（4）51单片机的外部的总线增加特殊设计，进一步简化了产品的结构；（5）51单片机有着较典型化、规范化的系统扩展和系统配置，非常适合大众化产品的应用，利用它容易开发出各种的应用系统。

3红外线计数器硬件设计

3.1 各单元系统设计

3.1.1 供电系统

供电系统的电源是利用市电经过T1变压器进行降压，降压后形成12V交流电压，12V交流电压经（D1—D4）整流二极管组成的桥式整流线路，使其变成直流电压，再经过C1滤波，稳定后的稳定电压传送到7805 芯片，经过这一段的处理市电最后形成5V稳压直流电压，系统中的红外线发射、接收电路可以直接用它做电源。C2 和 C1的主要是对输出的电压的起滤波的作用。

3.1.2 时钟电路和复位电路

图3.1.2时钟电路         图3.1.2 复位电路

3.2 红外检测电路

红外线发射检测电路图,如下图所示。

3.3  显示系统

本设计的显示部分是由8位的LED数码显示管组成的。按方案的设计目标由单片机芯片系统通过软件编程处理来控制红外计数显示的部分。方案中显示系统采用的基本原理是当有物体挡住红外检测部分检测发出的检测光线时,系统控制红外接收电路芯片的输出口将有输出高电平变成输出低电平信号，然后单片机工作接收处理系统收到这个信号从而进行计数控制，最终有数码管显示计数结果。

3.4蜂鸣器报警电路，如下图所示。

4.系统测试

当物品准备完成后，接下来是测试工作，这阶段分为硬件和软件测试两部分，具体方法如下：首先，进行硬件测试：要先按电路图制作电路板，然后用专业工具对电路进行系统的检测，电路板制作完成后接下来是应用程序进行功能的测试阶段。上述工作完成后，再进行软件的测试。

软件的测试是利用仿真软件进行的，整个的系统测试过程中几乎没有出现硬件方面的问题，主要问题是在软件测试方面。在用仿真软件进行测试过程中，遇到了几个问题：当硬件首次运行的时候，LED亮度不均匀。等我仔细检测后才发现，是程序里面对显示程序的延时不够造成的。在后来测试按键功能的时候，系统显示也出现了问题，再按下任何按键时，系统没有任何的反应。检查程序后发现，在延时程序和循环程序中有出现了问题，是重复使用Rx寄存器造成造成了硬件不工作的原因，通过多次改写程序后最终测试成功。

6结论

本次设计以后，我对单片机的知识有了更多的了解，电子产品出新速率如此之快，通过此次专业认识教研，不仅明白了以上的专业内容，还意识到了自己肩上的重大责任，更加对我专业的未来发展充满希望。

参考文献：

[1] 王松德，梁会琴，王丹．红外线计数器的设计与制作[J].农机化研究，2005，5 期

[2] 王礼广，胡解生，熊东平，肖秀如．基于RS 一485 的静脉注射网络监控系统的设计与实验[J]. 南华大学学报，2008，27（9）

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