单片机在线实时检测系统的设计

陈鑫洋 李婧

摘要：在线产量是反映企业生产效率和员工工作效率的重要因素，它不仅直接反映企业的生产效率而且可以通过在线产量的反馈来对流水线和员工的工作进行有效的管理，从而使流水线和员工之间达到最佳匹配，来提高流水线机械的利用率和员工的工作效率。本设计研究利用单片机对在线产品进行時限检测的一种方法。

关键词：单片机 时限检测 在线产量

原始流水线是按照固定不变的速度作业。随着市场经济的发展和管理学的进步，简单的流水线也产生了变化。公司为了提高产品的生产效率就加快了流水线的速度，但是工人无法适应加快速度的流水线，整天都疲惫不堪以致最终流水线机械的利用率和员工的工作效率的降低。要对流水线在不同时间段实行不同的速度控制，对流水线产品进行在线时限检测是必须的，本系统就是对流水线产品进行时限检测的精确系统，通过对在线产量数据反馈的分析，不仅使公司提高了产品生产效率，而且员工的工作效率也可以得提高。单片机的在线实时检测系统很有市场前景。

1、实现功能

单片微机时限检测系统通过一对红外光对管对在线产品进行数据采集，然后输入单片机，通过内部程序来进行计数定时，利用单片机内部计数器对产品数量进行计数，然后通过数码管LED进行显示，因为内部定时采用5秒钟计数一次，对于一般流水线而言，在5秒钟的时间里产品的数量计数采用两位数码管显示已经足够，因此本系统对产品数量N的显示采用两位数码管LED显示，在程序里对在线产量的上下限各有一个默认的数值，同样利用数码管LED显示上下限，并且通过键盘按键对上下限进行设置，使上限不可以超过99、下限不可以低于0，并且上限的设置不能小于下限，同样下限的设置也不能大于上限。当产品数量越限时会有越限报警，超越上限红灯亮且伴随有蜂鸣器报警，低于下限时绿灯亮且也伴随有蜂鸣器报警。

2、硬件设计

2.1单片机的选择

本系统选择的单片机是89S51。89S51采用FLASH存储器，可以多次烧写，一般可以重复烧写1000次左右，这样就给设计者提供了廉价的试验平台，这也是本设计采用89S51单片机的主要原因。

图1系统总框图

2.2 数据采集及计数模块设计

单片微机时限检测系统是对在线产品进行时限检测，即是对流水线上的产品数量进行数据采集，本系统采用风扇转动系统来模拟流水线，用风扇转叶来模拟在线产品，因此，对流水线上在线产品数量的采集就转化为对风扇转叶转动次数的采集。在固定时间内采集转过扇叶的个数，可采用一对红外光对管来进行数据采集，发射二极管在接通电源后导通，会连续不断的发出红外光，接收二极管只有在接通电源并且同时接收到红外光时才导通，接收不到红外光时截止。这样，转叶不断转动时，接收二极管的两端就会有高低交错的电平输出，即是可以输出一个计数脉冲。直接输出的计数脉冲中含有一些毛刺，经过一级施密特整形后即可送入单片机进行计数。电路图设计如图2所示。

图2 红外对管接收和发射电路图

2.3 键盘控制电路设计

本系统中键盘控制主要是对数值上下限进行设置，在程序里对数值的上下限各有一个默认的设置，所以外部键盘按键只需四个按键分别对上下限进行加减就可以对上下限进行设置，具体如图3所示。

图3 按键电路图

键盘电路中每个按键都是一个常开关电路，即机械弹性开关。由于机械触点的弹性作用，断开与闭合的瞬间电压信号波形均伴随有一连串的抖动。键抖动会引起一次按键误读多次，为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动，按键的抖动，可用硬件或软件两种方法消除。

通常在键数较少时，可用硬件方法消除抖动。RS触发器为常用的硬件去抖电路，也可以采用施密特触发器对按键输出波形整形来消除抖动。如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一个延时程序延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要进行延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。

2.4 显示电路设计

单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED（Light Emitting Diode）；液晶显示器，简称LCD（Liquid Crystal Display）；近年也有配置CRT显示器的。LED显示器价廉、配置灵活，且与单片机接口方便；后者可进行图形显示，但接口教复杂，成本也较高。本系统只需显示数字，不需要显示图形，因此选用LED显示器，具体电路如图4所示。

图4 LED显示电路图

2.5 复位电路设计

复位电路虽然简单，但它的作用非常重要。一个单片机小系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。本系统采用图5所示的上电复位兼手动复位。该电路另外加一个200Ω的电阻和手动按键开关组成，当开关常开时，为上电复位电路，当常开按键闭合时，相当于RST端通过电阻与Vcc电源接通，提供足够宽度的阈值电压完成复位。

图5上电复位兼手动复位电路图

2.6 报警电路设计

为了安全有效生产，在单片机控制系统中，对于重要参数一般都设有上下限检查及报警系统，以便提醒工作人员注意或采取相应管理措施。本系统对产品数量设置有上下限，也设置有上下限报警。本系统采用发光二极管报警兼单频音报警电路。

超越上限报警采用红光二极管和单频音压电式蜂鸣器，低于下限报警采用绿光二极管和单频音压电式蜂鸣器，两种报警共用一个单频音压电式蜂鸣器，报警内容由发光二极管的颜色来区分，蜂鸣器响起提示有越限报警，若同时红光二极管亮则表示超越上限报警，若同时绿光二极管亮则表示低于下限报警。

3、软件设计

一个单片机系统只有硬件是不能工作的，还必须配备各种功能的软件才能正常工作，对于51系列单片机而言，目前有四种编程语言：汇编语言、BASIC语言、PL/M语言和C语言。汇编语言具有执行效率高、速度快、与硬件结合紧密等优点，尤其在进行I/O口管理时，使用汇编语言更能显示出其快捷、直观的优点，因此本系统采用汇编语言进行编程。

在书写程序过程中，先对程序进行初始化，清除计数器，接着开始计数，把计数值送R0，把R0的计数值与设定好的上限和下限进行比较，如果讲数超过上限或者低于下限，都会进行报警。

总结

通过本次设计，使系统达到了设计要求，可以正确计数，并且可以实现越限报警，可以用键盘按键来对上下限进行设置，并且达到了一次按键执行一次操作的要求，实现了动态显示的效果。

参考文献

沙占友，王彦朋，孟志永等. 2002. 单片机外围电路设计. 北京：电子工业出版社. 8-89

张培仁. 2003. MSC-51单片机原理与应用. 北京：清华大学出版社. 1-40

康华光. 2000. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社. 1-503

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。