摘 要

随着科学技术的发展和人类生活的变化，各类行业自动化理念层出不穷。在包装行业中，流水线产品计数器就是其中之一。本文基于单片机对包装业流水线产品计数器进行新的设计，实现传感器检测、产品计数、计数容限值设定、计数值显示以及声光报警等功能，并进行软件程序编写和硬件仿真。

第一，分析和选取适当光电传感器，构建光电传感器模块，设计采集电路。当流水线上有产品经过时，光电传感器自动检测并向单片机输送电平信号。

第二，分析主控芯片AT89C51单片机的工作原理以及各个引脚的功能，根据设计要求对AT89C51 单片机的外围电路，如时钟电路、复位电路等进行构建。根据设计要求，构建键盘输入模块，实现对流水线产品计数容限值的设定。构建声光报警模块，实现流水线计数值溢出时的报警功能。构建显示模块，实现计数值在LED显示屏上的显示。

第三，应用Keil uVision4软件，通过C语言对本设计进行程序编写，实现了各个功能。利用Protues软件对总电路进行构造，并将编译好的程序放到AT89C51单片机中对本设计需实现的功能进行仿真和调试。

最后，根据仿真结果，得出结论。本设计基本实现了包装业流水线的产品计数功能，并可以进行计数容限值的提前设定，在计数值大于等于容限值时，进行声光报警，而且在整个计数过程中可以将计数值显示在LED数码管显示屏上。

关键词：光电传感器; AT89C51单片机; LED; 声光报警

Abstract

With the development of science amp; technology and changes of human life, a variety of automation concepts have emerged one after another. In the packaging industry, the pipeline product counter is one of them. In this paper, based on single-chip microcomputer design of the packaging industry product counters, we achieve the functions such as sensor detection, product count, counting tolerance limit setting, count value display, acousto-optical alarm, and so on. And software programming and hardware simulation are also done.

First, the appropriate photoelectric sensor is selected and analyzed, and a photoelectric sensor module is constructed. The acquisition circuit is designed. When a product passes through the assembly line, the photoelectric sensor will detect and send a level signal to the single chip.

Secondly, the work principle of the AT89C51 single chip and the function of each pin are analyzed, and the peripheral circuits of the AT89C51 single chip such as the clock circuit and the reset circuit are constructed according to the design requirements. The keyboard input module is constructed to realize the setting of the counting tolerance of the assembly line product. The constructed acousto-optical alarm module has the alarm effect as the pipeline count overflows.And the display module with the function of counting on the LED display screen is also constructed.

Thirdly, by using C language under Keil uVision4 software, develop the program to realize all functions of this design. Lumped circuit is constructed by using Protues, and the compiled program is fixed to AT89C51 single chip to simulate and debug the functions that this design needs to realize.

Finally, based on the simulation results, it is concluded that the design basically achieves the product counting function of the packaging industry assembly line, and can set the counting tolerance value in advance. When the count value is greater than or equal to the tolerance value, an acousto-optical alarm is performed. The count value can be displayed on the LED digital display screen during the entire counting process.

Key words: Photoelectric sensor; AT89C51 single chip; LED; Acousto-optical alarm

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1论文的研究背景及意义 1

1.2国内外的发展现状 1

1.3论文中的主要工作 2

第2章 系统总体设计 3

2.1设计要求 3

2.2论文整体构思 3

第3章 系统硬件设计 5

3.1光电传感器 5

3.1.1光电传感器选型 5

3.1.2光电传感器原理 7

3.2主控芯片单片机 7

3.2.1AT89S51单片机的功能 7

3.2.2部分管脚说明 7

3.2.3部分管脚说明 8

3.2.4时钟电路 9

3.2.5复位电路 10

3.2.6计数功能 12

3.3采集电路 13

3.3.1光电传感器检测部分 14

3.3.2键盘部分 14

3.4 LED数码管显示电路 15

3.5报警电路设计 18

第4章 系统软件设计 20

4.1软件设计总体思路 20

4.2.1主程序流程图 20

4.2.2 光电传感器采集计数程序 22

4.2.3 显示子程序设计 23

4.2.4 按键程序设计 24

4.3电路图设计 25

4.3.1 Proteus软件介绍 25

4.3.2 总电路图 25

4.4编译软件介绍 27

4.4.1 Keil C51软件介绍 27

4.4.2 系统概述 27

4.5仿真及结果分析 27

第5章 结论 31

致 谢 32

参考文献 33

附录1电路图 35

附录2 程序代码 36

第1章 绪论

1.1论文的研究背景及意义

在当今的生产生活中，随着社会的发展和科技的进步，各行各业的流水线对计数器的需要也是越来越多^[1]。传统的计数器功能单一，电路复杂，而且还有很多不能克服的缺陷，例如工作时不稳定，容易出现漏记、错计，不能方便在计数进行之前设计计数容限值，在数值溢出时不能即时进行报警，在计数器工作过程中不能即时显示计数值等等。

因此，本文就是根据上述包装业流水线计时器工作过程中的各种缺点，基于单片机设计电路简单、功能齐全，并可以被各个领域所使用新的流水线计数器。采用光电传感器作为采集模块的核心^[2]，在计数过程中，光电传感器就会检测到一次光信号的变化，并即时将光信号的变化转换为电平信号的变化输出给控制模块。本文将采用AT89C51单片机作为主控芯片^[3]，通过采集电路的电平信号输出和程序编译实现计数功能，利用LED数码管显示屏作为显示模块，将计数值即时地显示出来，使工作人员更直观的看到计数过程。另外本文还设计了键盘模块和声光报警模块，利用键盘模块在计数开始前即时设定计数容限值，在计数过程中，如果计数值超过容限值立刻进行声光报警，基本实现智能化的流水线计数器。

光电传感器一般可以分为红外发送模块和红外接收器模块，当包装业流水线上有产品经过时，可以挡住红外发生器模块发出的红外线，这样就可使红外接收器接收的光信号发生了变化，之后再转换为电信号的变化，再将这些变化传送到主控芯片（单片机）实现计数功能，光电传感器在其他领域也有多种用途，比如医疗，军事等领域可以用光电传感器进行计数或者检测。

此外，在包装业流水线上，单片机的控制作用也很重要，不仅可以将光电传感器检测的信号转化为计数功能，而且通过程序编译和键盘模块的硬件设计可以进行调节容限值。在显示模块和报警模块，可以实现在LED数码管上的数值显示，以及控制声光报警器等等。单片机的用途非常广泛，在科技飞速发展的今天，单片机在多种领域都可以发挥它的控制功能。

1.2国内外的发展现状

现在的计数器产品技术大多数使用简单的机械技术或者只是拥有单一功能的自动计数器，存在电路复杂，功能单一和维修困难等缺点。利用AT89C51单片机作为控制芯片，在外围构造各种各样的外围电路来实现单片机更多的控制功能，是现在包装业流水线的发展前景。但是单片机控制的流水线计数器也有很多缺点，如控制不稳定，功能单一等，这也是未来发展需要研究的课题，另外在极端恶劣的条件如高温、低温、高压等情况下进行流水线计数，单片机主控的操作会有不利影响，这些技术问题是未来需要克服和研究的问题。

1.3论文中的主要工作

第一，基于单片机设计了流水线计数系统。在该系统中，主要设计了光电传感器模块，按键模块，声光报警模块，主控芯片以及外围电路模块，LED显示模块等。

第二，单片机设计流水线计数系统设计的具体方法是：

1. 用光电传感器模块设计采集电路进行对包装业流水线上的产品数量进行采集；

1. 运用主控芯片将采集电路产生的产品数量进行计数，并通过LED显示模块进行显示；
2. 设计按键模块，对流水线产品计数的容限值进行调节，当计数值到达容限值时，通过声光报警模块进行即时报警。

第三，基于以上所有模块，在AT89C51单片机中对各个模块进行仿真与测试。

最后，对总体的控制系统的各类仿真结果进行分析，并给出结论。

第2章 系统总体设计

2.1设计要求

（1）给出单片机控制特点和原理；

（2）针对光电计数器的特点，进行设计与建模，实现对包装业流水线产品的数目进行监测以及容限值的设定；

（3）将计数值通过LED数码管显示；

（4）搭建系统仿真模型并进行仿真结果进行分析。

2.2论文整体构思

本设计以AT89C51单片机为主控芯片，以光电传感器为采集电路并通过 Keil uVision4进行单片机芯片的程序编译来实现多功能的包装线上的流水线计数器的设计。

对光电传感器进行选型，根据其功能和原理构建光电传感器模块，搭建采集电路，将流水线产品通过时检测而得到的光信号转换为电平信号输入到AT89C51单片机主控芯片。对AT89C51单片机的外围电路进行设计，其中包括时钟电路、复位电路等，其中复位电路设计按钮实现计数器复位重新计数的功能。根据题目要求，设计按键电路，对主控芯片的引脚输入电平信息，并通过软件程序编译来实现计数器容限值的设定。以LED数码管为核心，设计显示电路，与AT89C51单片机主控芯片相连，AT89C51单片机将计数值信号输入到LED数码管，通过电路连接和程序编写实现计数值即时的显示功能。用蜂鸣器和LED灯构建报警模块，当计数值超出设定的容限值时AT89C51单片机输出报警信号到报警模块，使LED灯发光，蜂鸣器发声，实现报警功能。

分析本设计各个模块的功能，并用 Keil uVision4进行程序编译，在Protues上绘制总电路图，并将程序放到AT89C51单片机主控芯片进行电路仿真，对其进行分析，总结仿真结果。

图2.1为本设计总体思路示意图。

图2.1设计总体思路示意图

第3章 系统硬件设计

3.1光电传感器

3.1.1光电传感器选型

大多数光电传感器，由发射器模块和接收器模块组成。当没有东西遮挡时，接收器模块可以直接收到发射器模块产生的信号。如果有东西遮挡时，则接收器模块无法正常接收到发射器模块产生的信号，从而产生光信号变化量，利用光电传感器将光信号转换为电信号，输出电平信号。光电传感器在许多场合如产品计数、速度检测、智能车蔽障以及安全防护等得到应用^[4]。

通过查阅资料，本设计选取型号为：E18-D80NK的光电传感器的型号为，该光电传感器相关特性和参数如下：

技术参数:

1、输出电流 DC/SCR/继电器 Control output：100mA/5V供电

2、消耗电流 DClt;25mA

3、响应时间 lt;2ms

4、指向角：≤15°,有效距离3-80CM可调

5、检测物体：透明或不透明体

6、工作环境温度：-25℃~ 55℃

7、标准检测物体：太阳光10000LX以下 白炽灯3000LX以下

8、外壳材料：塑料

电气特性：

     U:5VDC

     I:100mA

     Sn:3-80CM

尺寸：

     直径:17MM

     传感器长度:45MM

     引线长度:45CM

光电传感器的实物图^[5]如图3.1。

图3.1光电式传感器E18-D80NK实物图

这种光电式传感器工作时，当检测到有目标出现，即流水线上有货物经过时为低电平输出，没检测到目标，即流水线上没有货物通过时为高电平输出。当要接到单片机IO口上时输出外加一个上拉电阻即可连接到IO口上，一般上拉电阻阻值为1k左右^[6]。

光电传感器是通过把光信号的变化转换成电信号的变化来实现控制的，光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发射器、接收器和检测电路。图3.2显示的是光电式传感器E18-D80NK的内部结构。

（a）发射器

（b）接收器

图3.2光电式传感器E18-D80NK内部结构图

3.1.2光电传感器原理

光电传感器的原理：光电传感器模块当检测到目标出现，即流水线上有货物经过时为低电平输出，没检测到目标，即流水线上没有货物通过时为高电平输出。如果连接到单片机的I/O口，那么可以检测到电信号的变化。图3.3为所选光电传感器原理图。

图3.3光电式传感器E18-D80NK原理图

3.2主控芯片单片机

3.2.1AT89S51单片机的功能

本文采用的控制芯片是AT89C51单片机。在计数之前接收键盘模块的电平信号，通过程序编译可以进行计数器容限值的调节。在计数器开始工作时，接收采集电路中光电传感器模块检测到流水线上产品经过时产生的电平信号，通过程序编译进行计数。同时，向显示模块LED数码管显示屏输出计数值信号，使LED数码管显示屏即时地显示计数值。在计数值大于等于所设定的容限值时，向报警模块输入信号，实现声光报警的功能。AT89C51单片机作为主控芯片在各个模块中不断的进行输出信号、输入信号、分析计数等功能。

单片机控制部分是将计数的脉冲送入单片机的两个中断入口的It0入口，并通过单片机对该中断信号进行计数操作。

3.2.2部分管脚说明

单片机的引脚图如图3.4所示^[7]。

图3.4 AT89C51引脚图

3.2.3部分管脚说明

P0口是一个8位开漏双向I / O端口。当为输出端口，其每个引脚可都以接收4个TTL输入。当为输入端口0引脚时，引脚可用作高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器期间，端口0也可以配置为多路复用的低位地址/数据总线。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程中，P0口也可用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。当程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3.1所示。

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