【正文】 l公司 MCS51系列而研制的并與 MCS51兼容的微控制器 系列。 ATMEL公司是美國在 20世紀(jì) 80年代中期成立并發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司。該公司的技術(shù)優(yōu)勢在于Flash存儲器技術(shù)和高質(zhì)高可靠性生產(chǎn)技術(shù)。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，在 20世紀(jì) 90年代初， ATMEL公司一躍成為全球最大的 EEPROM供應(yīng)商。 1994年為了介入單片機(jī)市場， ATMEL公司以 EEPROM技術(shù)和 Intel的 80C31單片機(jī)核心技術(shù)進(jìn)行交換，從而取得 80C31核的使用權(quán)。 ATMEL公司把自身的先進(jìn) Flash存儲技術(shù)和 80C31核相結(jié)合，從而生產(chǎn)出了 Flash單片機(jī) AT89C51系列。這是一種內(nèi)部含 Flash存儲器的特 殊單片機(jī)。由于它內(nèi)部含有大容量的 Flash存儲器，所以，在產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)便攜式商品、手提式儀器等方面有著十分廣泛的應(yīng)用，也是目前取代傳統(tǒng)的 MCS51系列單片機(jī)的主流單片機(jī)之一。該芯片不僅具有 MCS51系列單片機(jī)的所有特性，而且片內(nèi)集成有 4K字節(jié)的 Flash存儲器。其價格低、引腳方便，是目前性能價格比較高的現(xiàn)用主流單片機(jī)芯片之一。 單片機(jī)的選用 本檢測儀在數(shù)據(jù)處理上速度要求不是很高， 8位機(jī)即可。單片機(jī)采用美國 ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。 AT89C51是一種低功耗、高性能的片 內(nèi)含有 4KB快閃可編程 /擦除只讀存儲器（ FPEROMFlash Programmable and Eraseable Read Only Memory） 的 8位 CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與 80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。 主要性能 （ 1） 與 MCS51 微控制器產(chǎn)品系列兼容。 （ 2） 片內(nèi)有 4KB可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲器 （ 3） 存儲數(shù)據(jù)保存時間為 10年 （ 4） 寬工作電壓范圍： Vcc可為 6V （ 5） 全靜態(tài)工作：可從 0Hz至 16MHz （ 6） 程序存儲器具有 3級加密保護(hù) （ 7） 128*8位內(nèi)部 RAM （ 8） 32條可編程 I/O線 （ 9） 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 （ 10） 中斷結(jié)構(gòu)具有 5個中斷源和 2個優(yōu)先級 （ 11） 可編程全雙工串行通道 （ 12） 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內(nèi)容 AT89C51 引腳圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 5 AT89C51有 40個引腳，如圖 12示。 圖 12 AT89C51 引腳圖 各個引腳說明 圖 12為 AT89C51的引腳圖，對其在本次設(shè)計中的主要使用的引腳說明 如下： VCC：電源電壓， AT89C51電源的正極輸入端，接 +5V電壓使 AT89C51單片機(jī)正常工作。是單片機(jī)的電源提供端口。 P0: P0口 (~)是一個 8位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I／ O 口用 P0口每一個引腳可以推動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 P2： P2口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O口 )，當(dāng)訪問外部程序存儲器時，它是高 8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時 ，則作一般雙向 I／ O口用。每一個引腳可以推動 4個 LSTL負(fù)載。 P1: P1口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O口 )，其輸出可以推動 4個 LSTTL負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 P3: P3口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O口 )，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其?殊功能引腳分配如下： RXD 串行通信輸入。 TXD 串行通信輸 出。 INT0 外部中斷 0 輸入，低電平有效。 INT1 外部中斷 1 輸入，低電平有效。 T0 計數(shù)器 0 外部事件計數(shù)輸入端。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 6 T1 計數(shù)器 1 外部事件計數(shù)輸入端。 WR 外部隨機(jī)存儲器的寫選通，低電平有效。 RD 外部隨機(jī)存儲器的讀選通，低電平有效。 XTAL1: 接外部晶振的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個法相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)該接地。 GND：電源接地端。 此次設(shè)計中，用單片機(jī)實現(xiàn)的是一個 計數(shù)存儲功能。主要應(yīng)用的計數(shù)器是其內(nèi)部的定時器 /計數(shù)器。單片機(jī)的定時器 /計數(shù)采用增量式計數(shù)。也就是說，當(dāng)運(yùn)行于定時器方式時，每隔一個機(jī)器周期定時器自動加一；當(dāng)運(yùn)行于計數(shù)器方式時，每當(dāng)引腳出現(xiàn)下跳沿，計數(shù)器自動加 定時器還是計數(shù)器，當(dāng) T0或 T1加滿回零后，定時器回零標(biāo)志置 1。而當(dāng)允許中斷時， TF可以申請中斷進(jìn)而在中斷服務(wù)中作相應(yīng) 的操作； TF也可以用程序判斷定時到或計數(shù)滿的標(biāo)志位。 紅外傳感器概述 紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或 X射線 [11]。人眼可見的波長為 380nm78mm，發(fā)射波長為 780nm1mm的長射線稱為紅外線，紅外線光電傳感器，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通電路而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測，而且檢測距離可近可遠(yuǎn)，根據(jù)具體情況選擇自己合適的傳感器即可 。 直射式光電傳感器 直射式光電傳感器包括在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷 光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體是不透明時，直射式光電 傳感器是最可靠的檢測模式。 直接反射式光電傳感器 直接反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時， 直接反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式 【 12】 。直接反射式光電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如下： 長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 7 槽式光電傳感器 槽式光電開關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的 U字型結(jié)構(gòu)其發(fā)射器和接收器分別位于 U型槽的兩邊，并形成一個光軸，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過 U型槽且阻斷光軸時 ，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測到的開關(guān)量信號。槽式光電開關(guān)比較安全可靠，適合檢測高速變化的信號，分辨透明與半透明物體，但槽間的距離一般比較小，不適合檢測體積較大的物體。槽式光電開關(guān)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 13 槽式光電開關(guān)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 反射板反射式光電傳感器 反射板反射式光電開關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射板，反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān) 就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。反射板反射式光電傳感器示意圖如下： 圖 17 反射板反射式光電傳感器 本章小結(jié) 本章介紹了一些與設(shè)計的主題 — 裝藥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計（藥丸檢測和計數(shù)顯示模塊） 相關(guān)的知識，包括 裝藥生產(chǎn)線的簡介 ， AT89C51 單片機(jī)以及 紅外光電傳感器 傳感器等內(nèi)容。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 8 第 2 章 藥丸檢測和計數(shù)模塊 設(shè)計分析 傳感器 的選取 傳感器的選用原則 傳感器千差萬別，即便對于相同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量 目的、測量對象以及測 量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量電路也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器選擇是否合理。 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行一個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一個物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：測 量距離的大??；被測量位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式 。信號的引出方法，有線或是無線測量 。傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后，就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 輸入光波長的選擇 長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 9 通常，在光電傳感器的使用范圍內(nèi)，可見光的影響是無處不在的。因此要注意光電開關(guān)發(fā)射器與光電開關(guān)接收器的波長敏感范圍。如果接收器可接收的光的波長范圍很寬，與被測量無關(guān)的外界光信號也容易混入 .也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此選擇光電傳感器的時 候，要求傳感器本身應(yīng)具有最佳波長使用范圍， 盡量減少外界信號的干擾，如果傳感器對可見光非常的敏感，可以將傳感器系統(tǒng)與可見光隔離，避免其受到外界影響。 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總會有一定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，頻率低的傳感器可測信號的頻率較低，在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)實際信號的特點(diǎn)來確定所需傳感器的頻率響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差，因為藥丸下落的速度較慢，要求傳感器頻 率很低即可，所以一般的光電傳感器都可以滿足此項要求。 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力被稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器。 精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo) .它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感 器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選地過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 傳感器的選用 在此次設(shè)計中，對于藥丸的檢測來說，可以選用多個傳感器。根據(jù)傳感器的特性分析得出，紅外傳感器是比較好的選擇。在紅外傳感器中，又分很多種。所以需要選用一個最佳的方案。 方案一，采用光敏電阻來檢測。通過藥丸頭通過與否對其光的強(qiáng)度的影響，通過監(jiān)測阻值的長春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信息工程系 10 變化來實現(xiàn)藥丸的檢測。 方案二，采用紅外對管實現(xiàn)，根據(jù)光敏三極管接收到的光強(qiáng)的強(qiáng)弱變化，從而使光敏三 極管產(chǎn)生電流，經(jīng)整合形成高低電平進(jìn)行輸出，通過對高低電平的變化來判斷是否有藥丸通過。 方案三，采用光纖傳感器，將光線傳感器固定于藥丸通道外側(cè)。當(dāng)有藥丸落下時，光纖傳感器感知通道壁是否產(chǎn)生特定抖動，從而判定是否有藥丸落下。 綜合分析，方案一光敏電阻測量麻煩，而且受外界的影響，引入較大的測量誤差，所以不可取。方案三采用光纖傳感器，測量精度較高，但是光纖傳感器的成本很高。方案二成本低，電路簡單，且不受可見光的干擾，穩(wěn)定性好，測量相鄰藥丸時準(zhǔn)確快速。因此采用方案二。 傳感器的幾何光學(xué)分析 傳感器 幾何光學(xué)分析主要說明紅外發(fā)光二極管與光敏三極管的各種不同安裝位置，對檢測結(jié)果的不同影響，如果安裝位置不合理，會導(dǎo)致檢測失敗，從而不能夠達(dá)到藥丸檢測的目的。通過分析紅外發(fā)光二極管與光敏三極管中心線與藥丸下落過程中的相對位置關(guān)系，得出藥丸下落過程中，紅外發(fā)光二極管與光敏三極管可靠的檢測位置。 此次設(shè)計中，傳感器是由一個光電耦合系統(tǒng)組成，這個系統(tǒng)主要由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管構(gòu)成。通過光敏三極管對光的強(qiáng)弱感應(yīng)，進(jìn)行電流的變化，通過電阻轉(zhuǎn)變成相應(yīng)電壓變化，再經(jīng)過信號處理電路轉(zhuǎn)變成電平信號進(jìn)行輸出。 信號處理電路 電壓比較電路 當(dāng)有液滴穿過光耦，將 U 型紅外光耦發(fā)射管發(fā)射的紅外光散射或阻斷，從而接收管上的電壓便產(chǎn)生相應(yīng)的變化。由于光耦接收管的口值較大，故電壓變化也較強(qiáng) 烈。將光耦輸出的信號傳給