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基于单片机的光电计数器设计.doc
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基于单片机的光电计数器设计.doc
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图书馆人数统计系统设计
第一章 绪论
1.1 概述(要提到图书馆人数统计系统)
当今生活是信息时代,是获取信息和处理信息 ,以及信息应用
的时代。传感信息与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进
行一定处理的基础技术,是获取信息和信息加工处理的重要手段之一。
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。该技术在许多新知识里都有应用,以信息的传感、转换、处
理为核心,从基本物理概念入手,阐述热工量、机械量、几何量、电
量等参数的测量原理及方法。传感器是传感与检测技术的核心部分,
传感器是一个多端口的装置,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
号为动、静两种状态下的信号时,传感器的输入-输出特性完全不同。
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。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。
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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。有采用机械方式的接触而触发的,有采用电子
传感器的非接触式触发的,光电式传感器是其中之一,它是一种非接
触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计
数器在统计公共产所人数、工厂生产流水线上的产品数量,有着其他
计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有四位数,但
通过级联可以扩展至多位。
1.2光电计数的现状及发展前景
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。频率计数器是专门用于测量高频
和低频率的计数器。微波计数器是以通用计数器和频率计数器为主配
以测频扩展器而组成的微波频率计,它的测频上限已进入毫米波段,
有手动、半自动 、全自动 3 类,系列化微波计数器是电子计数器发
展的一个重要方面。
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第二章 系统的设计原理
2.1系统的设计要求
设计一光控电路,放置在图书馆门的内外两侧。当有人通过光电
门时,都会触发光控电路,根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序令
计数器进行加计数或者是减计数,要求计数器的最大计数容量是 9999
个,并用四个数码管动态显示数字,如果大于预先设计好的人数容量
时,报警电路开始就行报警,直到管理员就行相应的处理。
2.2系统的组成与结构
图(2-1) 光电计数器系统结构图
整个光电计数器系统是由光电传感电路、运算放大电路、电压比
较电路、AT89S51 单片机系统电路、显示计数电路、报警,键盘电路,
电源电路八个部分组成的,如图 2-1 所示。光电传感电路把被计数的
物体的变化转换成微弱的电压号,电压信号进行放大以后与基准电压
进行比较,大于基准电压时输出高电平,小于基准电压时输出低电平,
单片机根据 INT0、INT1 引脚的电平变化来进行相应的计数,再把计
数结果送到数码管显示,当达到设定的报警值时,报警电路发出报警。
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2.3主要芯片元器件引脚图及功能介绍
2.3.1 硅光电池 2CR 工作原理
硅光电池是一种利用光生伏特效应直接把光能转换成电能的半
导体器件。它的结构如图 1-1,核心部分是一个大面积的 PN 结,硅
光电池的 PN 结面积要比二极管的 PN 结大得多,所以受到光照时产生
的电动势和电流也大得多,N 型层是受光层,上面制作有栅状负电极,
而且在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜,它是一层很薄的天蓝色一氧
化硅膜,可以使电池对有效入射光的吸收率达到 90%以上并使硅光电
池的短路电流增加 25%-30%。当光照射在硅光电池的 PN 结区时,会在
半导体中激发出光生电子一空穴对。PN 结两边的光生电子一空穴对,
在内电场的作用下,属于多数载流子的不能穿越阻挡层,而少数载流
子却能穿越阻挡层。结果,P 区的光生电子进入 N 区,N 区的光生空
穴进入 p 区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来。光生电子在
N 区的集结使 N 区带负电,光生电子在 p 区的集结使 P 区带正电。P
区和 N 区之间产生光生电动势。当硅光电池接人负载后,光电流从 P
区经负载流至 N 区,负载中即得到功率输出。
以硅材料为基体的硅光电池,可以使用单晶硅、多晶硅、非晶硅
来制造.单晶硅光电池是目前应用最广的一种,它有 2CR(具体参数见
图 1-2)和 2DR 两种类型,其中 2CR 型硅光电池采用 N 型单晶硅制
造,2DR 型硅光电池则采用 P 型单晶硅制造。
图(2-2) 硅光电池结构图
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表 2-1 硅光电池 2CR 参数
型号
开路电压(MV)
短路电流(MA)
输出电流
转换效率(%)
直径(mm)
2CR61
150~600
30~40
6~8
2CR62
500~600
40~65
40~51
8~10
2CR63
550~600
51~65
51~61
10~12
Ф17
2CR81
450~600
66~85
6~8
2CR82
500~600
88~140
85~110
8~10
2CR83
550~600
110~140
110~132
10~12
Ф25
2CR101
450~60
172~288
130~257
6
Ф35
图(2-3)
2.3.2 AT89S52 单片机
AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k
Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash
只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术
制造,兼容标准 MCS -51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了
通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机
的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51 具有如下特点:40 个引脚,8k Bytes Flash 片内程序存
储器,256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),32 个外部双向输
入/输出(I/O)口,5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可
编程定时计数器,2 个 全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内
时钟振荡器 。
此外,AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设
置省电模式。空闲模式下,CPU 暂停工作,而 RAM 定时计数器,串行
口,外中断 系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数
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oligaga
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