1、1 课程 设计 报告 基于单片机的红外计数器设计 院 系 电子与通信工程学院 专 业 电子 与 信息科学 技术 学 生 班 级 姓 名 学 号 指导教师姓名 2011 年 11 月 27 日 2 基于单片机的红外计数器设计 摘要 计数器在人们日常生活中应用越来越多，己成为不可缺少的必需品。本文介绍了红外计 数器的发展前景和现状，设计了一种由数字电路来实现的红外计数器，详细阐述了红外计数器的工作原理和构成，讨论了各模块的实现方 法。 本 红外计数器 以 AT89S52 单片机为中心控制器件，主要由 红外 传感模块，单片机编程模块，显示模块等部分组成。显示部分由 “人机交互界面 ”的 12864
2、液晶显示，增加可读性。该系统具备较高的测量精度，能较好的完成设计要求。 关键字 ： 自动计数 AT89S52 单片机 红外传感器 3 1.引言 2 1.1 设计任务 2 2.系统设计方案 2 2.1 各模块的电路的方案选择及论证 2 2.1.1 主机控制模块 2 2.1.2 检测障碍 模块 3 2.1.3 电源模块 3 2.1.4 显示模块 3 2.2 系统各模块的最终方案 3 3.硬件设计 3 3.1 单片机控制部分 3 3.3 红外检测部分 4 3.4 数字显示部分 6 4.软件设计 7 4.1 主程序 8 4.2 液晶显示模块 8 5.系统测试及结果分析 9 6.总结 9 参考文献 9
3、附 录 10 4 1. 引言 随着人们生活水平的不断提高，人们越来越追求人性化的事物，计数器是不可缺少的必需品。 而传统的计数器都很难做到自动计数 ，现在已经很难满足生活的需要。在工业控制、信息检测系统中广泛使用的计数器，其实际电路的作用不外乎是采集信号、处理信号、量化为一定数字比例的电压或电流，最后，通过表头或数码管等显示器件显示具体数据，供使用者观察。而 本文所设计的计数器采用红外线遮光方式，抗干扰性好，可靠性高 。 可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员数量及人员流通数量。该产品应用广泛，也可以测量流水线上的产品数量，以及可检查产品有无缺损。因此，
4、研究计数器及扩大其应用，有着非常现实的意义。 单片机控制红外计数器由于采用了软件处理系统，数据量化精度较高，设计、制作灵活，更适合实际应用。因此设计了该红外计数器 。 1.1 设计任务 设计制作一个 红外计数 系统， 能够简单准确的检测出障碍物的数量，并且能够通过单片机控制正确的显示出检测数量。 2.系统设计方案 该 系统以 AT89S52 单片机为中心控制器件，主要由 红外 传感模块， 数据 转换模块，单片机编程模块，显示模块，控制模块等部分组成，如图 2.1。 图 2.1 系统基本模块方框图 2.1 各模块电路的方案选择及论证 2.1.1 主机控制模块 方案一：采用 FPGA 作为系统控制
5、器。 FPGA 功能强大，可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，可以减少体积，提高稳定性，并且可用 EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展，但成本较高。由AT89S52 指示电路 电源模块 红外传感器 声光指示 显示电路 数据转换 5 于本设计对数据的处理速度本不高， FPGA 的高速处理优势得不到充分体现，且引脚较多 , 方案二：采用 msp430 单片机 控制系统。对于 红外计数 系统是足够的。 但是稳定性不是很好，成本也是稍微高了一点。 方案三：采用 AT89S52 单片机作为控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活 、自由度大，可用软件编程实现各种
6、算法和逻辑功能。本身带有定时 /计数器，可以用来定时、计数，并且具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。 基于以上分析，拟定方案三，由 AT89S52 作为主机控制部分。 2.1.2 检测障碍 模块 根据题目要求， 能够正确检测障碍物的并且能够快速计数，因此 对 检测 模块有以下两种方案： 方案一：采用 超声波传感器检测。 超声波检测原理是发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收 ,收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传 播速度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：
7、 s=340t/2 这就是所谓的时间差测距法。当然超声波能检测障碍物，肯定也能检测出障碍物的数量。但是运用这个方案稍显复杂。 方案二： 采用红外传感器检测，虽然红外检测的距离不是很远，但是设计简单，近距离检测灵敏，成本低。 基于以上分析以及现有器件限制选择方案二，采用 红外 检测电路，在软件上选用适当的控制算法，同样可以达到较好的效果。 2.1.3 电源 模块 方案一：选用 三节 1.5v 的干电池供电，实用方便，但是供电不是很充足 。 方案二： 稳压电源供电。直接输出 5v 电压，虽然设计有点复杂，但是却能够满足供电需求。 比较以上方案，结合 供电要求为 5v，所以选择方案一。 2.1.4
8、显示模块 方案一：采用三个 LED 八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有低能耗，低损耗，寿命长，耐老化，对外界环境要求低。但 LED 八度数码管引脚排列不规则，动态显示时要加驱动电路，硬件电路复杂。 方案二：采用带有字库的 12864 液晶显示屏。 12864 液晶显示屏（ LCD）具有功耗低、轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定，不闪烁，可视面积大 ，画面效果好，抗干扰能力强。同时， 12864 带有字库，编程容易，且具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式，增加可读性，降低功耗。 2.2 系统各模块的最终方案 根据以上分析，结合器件和设备等因素，确定如下方案： 采用
9、AT89S52 单片机作为控制器， 5v 电源供电， 分别对 红外数据检测 、 LCD 显示、 指示电路 控制。 3 硬件设计 3.1 单片机控制部分 此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机 AT89S52。单片机 内部有 8KB 单元的程序存储器及 256 字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存 储器这样大大的减少了系统硬件部分。电路原理图如图 3.1 所6 示： 108923112365421211 2211221432121212 1123109876543211 21 21 21 2 3 4 5 6 7 8123456781 2 3 4 5 6 7 81 2
10、3 4 5 6 7 812211221211 3 4 5 6 7 8 9240 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 212019181716151413121110987654321图 3.1 单片机控制电路 7 3.2 红外检测部分： 这部分是该设计的检测模块，采用了红外发射接收管组成，通过 LM339 比较器得到高低电平，从而输 出到 52 单片机处理。红外检测电路如 3-2图所示。 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8VCCR1560R2560R3560R4560R5104R
11、6104R7104R8104GND1234567 891011121314LM339R9103VCCGND2.5V2.5V2.5V2.5V2.5VVCC GND1 2 3 4P1VCCR10560R11560R12560R13560L1 L2 L3 L4GNDC110412P212P312P4VCCVCCVCCGNDGNDGND21191817 1613 1211 10987654321014131211109876543211 21 21 21 24324324324324321 212121221211 2 3 4212 1212 1212 1212 1121212121 2图 3.2 红
12、外检测电路 8 3.3 数字显示部分 在设计显示电路时，我们使用单片机 AT89S52 作为电路控制的核心，单片机AT89S52 具有一个全双工的串行口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。 显示部分采用更加友好的人机交互界面 12864 液晶显示。显示接口电路如图 3-3 所示 1234567891011121314151617181920P112345678P2123P3P4SIP 2123P5P6R1R21212D1DQ1PNPR3R123P7VCCVCCGNDGNDGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCVCC3.数字显示部分 4.软件设计 程序设计采用了模块化思想，有一
13、个主程序，三个应用程序 ,即 数据 采集程序、 数据处理 程序、液晶显示程序。 4.1主 程序 主程序首先进行系统初始化，对显示模块进行必要的初始化，设置系统显示界面。其次就是 计数 值的读取、显示与控制，如图 4.1： 9 图 4.1 主程序流程图 4.2 液晶显示模块 液晶显示模块主要完成人机交换界面的显示及系统相关的操作指示。具体能显示当前的 的数据值 。流程如图 4.2： 10 图 4.2 液晶显示流程图 5.系统测试及结果分析 5.1 测试数据结果 在本系统中， 红外检测 数据的采集 是最重要的部分，数据的准确度将直接影响到系统的可靠性。测试并记录数据如表一。 表一 红外数据 采集测
14、试记录 实际障碍数 系统显示值 （次） 误差 （ %） 0 1 0 2 2 0 4 4 0 6 7 16.7 8 8 0 由上表可知，综上所述此 计数系统灵敏度较高，有时候处理数据来不及，但是基本上 可以满足系统的需要。 6.总结 本论文是采用 AT89S52 单片机来实现 红外计数 系统的设计， 利用液晶作为显示器件，通过 红外传感器 采集 检测 信息，并对数据进行 比较 转换处理分析，实现对 数据的计数 。具有可控性较好，显示界 面更人性化，易于操作，成本低廉的优点。 同时，由于时间有限，系统功能还有待于完善，特别是 计数不够准确 时，通过适当控制反应时间 来使该设计更加完善 。 在本次系统设计中遇到了很多困难，最后在老师的帮助下，最终得以解决，液晶驱动函数 写命令函数 写数据函数 液晶管脚宏定义 读取显示子函数
