空間人數(shù)統(tǒng)計器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

摘 要：在本設(shè)計中使用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理裝置，用紅外發(fā)射管和紅外接收管作為檢測裝置。具有構(gòu)造簡單，計數(shù)精確，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字統(tǒng)計器有非常多的類型，例如接觸式和非接觸式，本文從實(shí)用角度出發(fā)，以非接觸式作為設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外光電計數(shù)器；數(shù)碼管

一、總體方案的確定

在整個系統(tǒng)運(yùn)作時，紅外光電感傳感器如果檢測到人或物體通過，便會觸發(fā)聲音鳴響，當(dāng)然如果使用者暫不需要此功能，也可以選擇關(guān)閉該功能。紅外光電傳感器是發(fā)出紅外線和接收射線的主要設(shè)備，產(chǎn)生相應(yīng)的電路信號后，傳遞給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后單片機(jī)能夠?qū)⒔y(tǒng)計到數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。整個系統(tǒng)也會有其它按鍵，例如清零按鍵，聲音的開關(guān)按鍵等。

二、單片機(jī)的核心系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計的單片機(jī)是STC公司的STC89C52，作為一款低功能的微處理器，其內(nèi)部的FLASH是能夠進(jìn)行編程的8KB字節(jié)系統(tǒng)。MCS-51內(nèi)核是非常經(jīng)典的內(nèi)核，也被用在該單片機(jī)上，因?yàn)檫M(jìn)行了改進(jìn)，所以擁有其余相同內(nèi)核而不具備的功能。8位系統(tǒng)以及能夠隨意編程的FLASH，使得其在嵌入式開發(fā)方方面可被自由使用，同時能對不同使用者的要求做出相對應(yīng)的更改。

單片機(jī)里的P3口是多功能的，在本設(shè)計當(dāng)中，既有作為輸入口的P3.0 RXD，作為輸出口的P3.01 TXD，P3.2 INT O/1默認(rèn)為用來執(zhí)行外部中斷。P3.4T O/1是計數(shù)器的外部輸入。這些端口在本設(shè)計中不需要作為通用端口，所以只需要使用默認(rèn)好的功能即可。這樣，在具體使用的過程中避免了一些設(shè)計上的困難。

P1口位置在單片機(jī)的1到8的管腳，它是有兩種功能，本設(shè)計用的是當(dāng)P1口作為輸出輸入時，單片機(jī)的P1口內(nèi)自帶調(diào)整功能。如果輸出的高電壓的信號不足則可以提升，反之如果低電壓信號不足，可以降低信號。

三、紅外線電路設(shè)計

在本次設(shè)計中，選擇E18-D80NK這款紅外光電傳感器，這是能夠進(jìn)行距離調(diào)整的，方便使用者在不同場合下，滿足應(yīng)用的需要。原理圖和構(gòu)造清晰易懂，整體設(shè)計簡單而清楚，價格便宜，使用紅外線作為探測手段，性能優(yōu)異本身穩(wěn)定性好。

這款紅外光電傳感器使用了PNP管，主要功能是放大電流和開關(guān)作用，在本設(shè)計中，為常開狀態(tài)。VCC電源電壓接在棕色的線上，GND電線接地端接在藍(lán)色的線上，對于電源來講可以說是一個負(fù)極。這款紅外光電傳感器使用的是5V的電源電壓，可以在10ma-15ma之間的電流正常使用。為了能夠應(yīng)對不同場合，該產(chǎn)品能夠在1厘米到70厘米之間進(jìn)行調(diào)整，直徑為15毫米。最重要的是紅外光電傳感器是如何工作的，首先假設(shè)紅外光電傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)，沒有任何物體或人經(jīng)過，內(nèi)部只會產(chǎn)生高電平信號，如果紅外線被遮擋，接收管做出反應(yīng)，內(nèi)部產(chǎn)生低電平信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)收到該信號后，處理數(shù)據(jù)反映到數(shù)碼管上。

四、整體電源的選擇和設(shè)計

本設(shè)計選用的5V的電源進(jìn)行供電，不僅容易操作，成本也低廉。在本設(shè)計中，增加了紅色指示燈，燈亮和燈滅可以作為電源電路的狀態(tài)好壞的判斷。

五、蜂鳴器報警電路設(shè)計

蜂鳴器在本設(shè)計中，是一個一體化設(shè)計，能夠使用直流電壓進(jìn)行供電，所以上手使用會非常的簡單。在報警部分上，使用了以5V電源電壓為主的蜂鳴器模塊，在電路中會有三極管來驅(qū)動，在這個系統(tǒng)中，當(dāng)單片機(jī)收到電壓低的信號時，便會使蜂鳴器發(fā)出聲音，反之蜂鳴器不會發(fā)出聲響。我們可以調(diào)整單片機(jī)的連接方式，或者在程序上做出改變，就能改變蜂鳴器鳴叫方式。我們還可以為蜂鳴器增加LED燈，但為了防止LED燈燒毀，需要和LED燈串聯(lián)一個電阻，再和蜂鳴器并聯(lián)。這樣，蜂鳴器響起警報后，LED燈同時也會閃爍。電路簡單易懂，也不用多占用單片機(jī)的輸入輸出口。

六、四位LED數(shù)碼管的電路設(shè)計

LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管組裝而成的，內(nèi)部引線是已經(jīng)連接好的，在使用時只需引出它的公共電極，如圖5所示。因?yàn)閿?shù)碼管是由八個發(fā)光二極管組成的，每個發(fā)光二極管就是一個單獨(dú)的區(qū)域，我們將這八個區(qū)域進(jìn)行劃分，分別用a，b，c，d，e，f，g，dp來表示。上文說過當(dāng)特定的區(qū)域加上電壓后，便會形成我們所需要的數(shù)字圖形。因?yàn)槭褂玫氖撬奈籐ED數(shù)碼管，所以一共有12個引腳，有四個要顯示的數(shù)碼管，有八個要顯示的區(qū)域。每個數(shù)碼管都有相應(yīng)的三極管來進(jìn)行驅(qū)動。本設(shè)計當(dāng)中Q1到Q5這樣的三極管均為驅(qū)動電路，R3到R5是電阻，用來保護(hù)三極管。當(dāng)單片機(jī)收到電壓低的信號時，則相應(yīng)的數(shù)碼管會發(fā)光，其余的數(shù)碼不會發(fā)光。也就是說，單片機(jī)控制八個發(fā)光區(qū)域的引腳，通過高電壓和低電壓信號的相互組合便可顯示出來不同的數(shù)字組合，原理簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

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作者簡介：張濤然（1984.10- ），男，山東德州人，碩士研究生，講師，研究方向：制造過程的數(shù)值仿真。