單片機在線實時檢測系統的設計

陳鑫洋 李婧

摘要：在線產量是反映企業生產效率和員工工作效率的重要因素，它不僅直接反映企業的生產效率而且可以通過在線產量的反饋來對流水線和員工的工作進行有效的管理，從而使流水線和員工之間達到最佳匹配，來提高流水線機械的利用率和員工的工作效率。本設計研究利用單片機對在線產品進行時限檢測的一種方法。

關鍵詞：單片機 時限檢測 在線產量

原始流水線是按照固定不變的速度作業。隨著市場經濟的發展和管理學的進步，簡單的流水線也產生了變化。公司為了提高產品的生產效率就加快了流水線的速度，但是工人無法適應加快速度的流水線，整天都疲憊不堪以致最終流水線機械的利用率和員工的工作效率的降低。要對流水線在不同時間段實行不同的速度控制，對流水線產品進行在線時限檢測是必須的，本系統就是對流水線產品進行時限檢測的精確系統，通過對在線產量數據反饋的分析，不僅使公司提高了產品生產效率，而且員工的工作效率也可以得提高。單片機的在線實時檢測系統很有市場前景。

1、實現功能

單片微機時限檢測系統通過一對紅外光對管對在線產品進行數據采集，然后輸入單片機，通過內部程序來進行計數定時，利用單片機內部計數器對產品數量進行計數，然后通過數碼管LED進行顯示，因為內部定時采用5秒鐘計數一次，對于一般流水線而言，在5秒鐘的時間里產品的數量計數采用兩位數碼管顯示已經足夠，因此本系統對產品數量N的顯示采用兩位數碼管LED顯示，在程序里對在線產量的上下限各有一個默認的數值，同樣利用數碼管LED顯示上下限，并且通過鍵盤按鍵對上下限進行設置，使上限不可以超過99、下限不可以低于0，并且上限的設置不能小于下限，同樣下限的設置也不能大于上限。當產品數量越限時會有越限報警，超越上限紅燈亮且伴隨有蜂鳴器報警，低于下限時綠燈亮且也伴隨有蜂鳴器報警。

2、硬件設計

2.1單片機的選擇

本系統選擇的單片機是89S51。89S51采用FLASH存儲器，可以多次燒寫，一般可以重復燒寫1000次左右，這樣就給設計者提供了廉價的試驗平臺，這也是本設計采用89S51單片機的主要原因。

圖1系統總框圖

2.2 數據采集及計數模塊設計

單片微機時限檢測系統是對在線產品進行時限檢測，即是對流水線上的產品數量進行數據采集，本系統采用風扇轉動系統來模擬流水線，用風扇轉葉來模擬在線產品，因此，對流水線上在線產品數量的采集就轉化為對風扇轉葉轉動次數的采集。在固定時間內采集轉過扇葉的個數，可采用一對紅外光對管來進行數據采集，發射二極管在接通電源后導通，會連續不斷的發出紅外光，接收二極管只有在接通電源并且同時接收到紅外光時才導通，接收不到紅外光時截止。這樣，轉葉不斷轉動時，接收二極管的兩端就會有高低交錯的電平輸出，即是可以輸出一個計數脈沖。直接輸出的計數脈沖中含有一些毛刺，經過一級施密特整形后即可送入單片機進行計數。電路圖設計如圖2所示。

圖2 紅外對管接收和發射電路圖

2.3 鍵盤控制電路設計

本系統中鍵盤控制主要是對數值上下限進行設置，在程序里對數值的上下限各有一個默認的設置，所以外部鍵盤按鍵只需四個按鍵分別對上下限進行加減就可以對上下限進行設置，具體如圖3所示。

圖3 按鍵電路圖

鍵盤電路中每個按鍵都是一個常開關電路，即機械彈性開關。由于機械觸點的彈性作用，斷開與閉合的瞬間電壓信號波形均伴隨有一連串的抖動。鍵抖動會引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。

通常在鍵數較少時，可用硬件方法消除抖動。RS觸發器為常用的硬件去抖電路，也可以采用施密特觸發器對按鍵輸出波形整形來消除抖動。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖動，即檢測出鍵閉合后執行一個延時程序延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態，如果仍保持閉合狀態電平則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要進行延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。

2.4 顯示電路設計

單片機應用系統中使用的顯示器主要有發光二極管顯示器，簡稱LED（Light Emitting Diode）；液晶顯示器，簡稱LCD（Liquid Crystal Display）；近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器價廉、配置靈活，且與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口教復雜，成本也較高。本系統只需顯示數字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器，具體電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路圖

2.5 復位電路設計

復位電路雖然簡單，但它的作用非常重要。一個單片機小系統能否正常運行，首先要檢查是否能復位成功。本系統采用圖5所示的上電復位兼手動復位。該電路另外加一個200Ω的電阻和手動按鍵開關組成，當開關常開時，為上電復位電路，當常開按鍵閉合時，相當于RST端通過電阻與Vcc電源接通，提供足夠寬度的閾值電壓完成復位。

圖5上電復位兼手動復位電路圖

2.6 報警電路設計

為了安全有效生產，在單片機控制系統中，對于重要參數一般都設有上下限檢查及報警系統，以便提醒工作人員注意或采取相應管理措施。本系統對產品數量設置有上下限，也設置有上下限報警。本系統采用發光二極管報警兼單頻音報警電路。

超越上限報警采用紅光二極管和單頻音壓電式蜂鳴器，低于下限報警采用綠光二極管和單頻音壓電式蜂鳴器，兩種報警共用一個單頻音壓電式蜂鳴器，報警內容由發光二極管的顏色來區分，蜂鳴器響起提示有越限報警，若同時紅光二極管亮則表示超越上限報警，若同時綠光二極管亮則表示低于下限報警。

3、軟件設計

一個單片機系統只有硬件是不能工作的，還必須配備各種功能的軟件才能正常工作，對于51系列單片機而言，目前有四種編程語言：匯編語言、BASIC語言、PL/M語言和C語言。匯編語言具有執行效率高、速度快、與硬件結合緊密等優點，尤其在進行I/O口管理時，使用匯編語言更能顯示出其快捷、直觀的優點，因此本系統采用匯編語言進行編程。

在書寫程序過程中，先對程序進行初始化，清除計數器，接著開始計數，把計數值送R0，把R0的計數值與設定好的上限和下限進行比較，如果講數超過上限或者低于下限，都會進行報警。

總結

通過本次設計，使系統達到了設計要求，可以正確計數，并且可以實現越限報警，可以用鍵盤按鍵來對上下限進行設置，并且達到了一次按鍵執行一次操作的要求，實現了動態顯示的效果。

參考文獻

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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。