基于红外技术的产品数目统计系统的设计.docx

基于红外技术的产品数目统计系统的设计国建岭导语：在工业自动化消费中，需要对产品的消费数目进展统计，以衡量整个消费系统的消费效率，传统的统计方式主要是在消费后期由人工进展消费记录，这样不仅浪费大量的人力物力，还存在时间的滞后性。另外，在一些自动化程度较高的工业现场，以人工方式直接去统计产品数目也不现实。本文提出了一种基于单片机技术、红外技术于一体的产品数目统计系统，该系统可以方便地实现产品数目的实时统计；该系统可以与上位机实现通讯，以便数据报表的生成与打印。系统具有抗干扰性强、统计精度高等优点。摘要：基于单片机MSP430F149与红外模块设计了产品数目统计系统。主要对系统的硬件以及软件的设计进展具体介绍。利用单片机的低功耗以及红外模块单线接口方式，实现了整个系统的低功耗，其构造简单、性能稳定、经济实用。关键词：单片机；红外发射模块；红外接收模块0引言在工业自动化消费中，需要对产品的消费数目进展统计，以衡量整个消费系统的消费效率，传统的统计方式主要是在消费后期由人工进展消费记录，这样不仅浪费大量的人力物力，还存在时间的滞后性。另外，在一些自动化程度较高的工业现场，以人工方式直接去统计产品数目也不现实。本文提出了一种基于单片机技术、红外技术于一体的产品数目统计系统，该系统可以方便地实现产品数目的实时统计；该系统可以与上位机实现通讯，以便数据报表的生成与打印。系统具有抗干扰性强、统计精度高等优点。1系统总体设计系统以高性能、低功耗单片机MSP430F149为核心控制器，集成红外发射模块、红外接收模块、数据存储器、RS232接口以及电源模块。单片机负责各种数据的处理与记录，将处理后的数据进展存储，并且还可以通过RS232接口将记录的数据传输给上位机；红外发射、接收模块主要是检测通过产品线的产品数目，并且通知单片机进展数目记录；电源模块采用LM2574降压型DC-DC电源变换器，为整个系统提供工作所需要的能源。系统的构造框图如图1所示。图1系统构造框图Fig.1Theblockdiagramofthesystem2系统硬件设计硬件电路的设计以MSP430F149为核心控制器1，P1口的P1.0输出PWM信号驱动红外发模块；P1口的P1.1外接红外接收模块的信号输出引脚；通用串口UATR0P3.4、P3.5外接RS232与上位机进展数据通讯；P3.6、P3.7模拟串行通讯接口与存储器进展数据传输；LM2574为系统提供3.3V的工作电压。系统硬件电路图如图2所示。图2系统硬件电路图Fig.2Thehardwarecircuitofsystem2.1MSP430F149单片机MCU采用德州仪器TI的MSP430F149单片机1，此单片机是一种超低功耗微控器，采用16位的体系构造，16位的CPU集成存放器和常数发生器，实现了最大化的代码效率。包括2个内置16位的定时器、一个快速12位A/D转换器，二个通用串行同步异步通讯接口和48个I/O端口。下面列出它的一些主要特性：低电源电压输入范围：DC1.83.6V；超低功耗：2.5uA4kHz,2.2V；具有5种节电形式；唤醒时间小于6us；12位200Ksps的A/D转换器，自带采样保持；一路串行通讯接口可用于异步通讯形式或同步通讯形式；6个8位并行端口；片内包含60KBFLASHROM和2KRAM；2个通用的16位定时器，并具有片内温度传感器。单片机是整个系统的核心控制器，负责产品数目的统计、存储、红外模块的控制以及与上位机通讯等。2.2红外发射模块采用红外线发射二极管LF5038作为发射模块的红外线信号发射器件,其电气参数如下：峰值波长为940nm；正向工作电压VF为1.2V；正向驱动电流IF最大值100mA；一般来讲，IF越大，红外线发射间隔越远2。由于红外接收模块可以接收的载波频率为38kHz，所以红外发射模块需要以38kHz的载波发射信号。单片机MSP430F149内部包含PWM输出控制，很轻易实现载波信号的设置。单片机管脚的输出驱动才能有限，为进步发射模块的发射间隔，采用外接三极管驱动电路以进步发射模块的正向电流IF，来进步发射模块的发射间隔。红外发射驱动电路如图3a。2.3红外接收模块红外接收模块采用LF0038F，其性能参数为：可接收的载波频率典型值是38kHz；当红外发射模块的正向电流为300mA时，LF0038F接收的最小间隔为15m；接收角度的典型值为453。红外接收模块对供电电源的要求比拟严格，为防止误输出信号的发生，对其输入电源进展多级抗干扰以及滤波处理，红外接收模块电路图如图3b。图3红外发射接收模块原理图Fig.3Infraredtransmitandreceivemoduleprinciplediagram单片机PWM输出驱动红外发射模块向外发射38kHz的脉冲信号，当LF0038F接收不到有效信号时OUT端输出高电平信号，LF0038F接收到有效信号时OUT端输出低电平信号，期间由高电平到低电平会产生一个下降沿信号。LF0038F输出信号的波形如图4。图4信号波形图Fig.4Signalwaveformfigure2.3电源模块系统采用LM2574高性能电压变换器提供工作电压。LM2574技术参数如下：具有宽电压输入范围DC7V-DC40V；该芯片可以输出固定电压或可调电压；最大输出电流0.5A；外围电路简单，只需外接4个电子元器件；内置固定频率52KHz振荡器；转换效率高；具有过热及过负载保护功能。3系统软件设计为方便系统维护与晋级，系统软件设计采用模块化程序构造，主要有主程序、PWM信号产生程序、产品数目统计程序、数据传输程序等组成。3.1主程序功能主程序负责初始化、开中断、指导系统进入各种相应的工作状态，主程序流程图见图5a。图5程序流程图Fig.5ProgramFlowDiagram3.2产品数目统计程序系统初始化完成后，程序便开启PWM输出，驱动红外模块发射频率为38kHz的脉冲信号。系统用反射式监测方式监测产品的通过，在无产品通过消费线时，LF0038F接收不到红外脉冲信号OUT端输出高电平信号；当有产品通过消费线时，红外模块发射的脉冲信号被通过的产品遮挡反射回来，接收模块接收到脉冲信号，LF0038F输出信号由高电平跳变为低电平，下降沿触发单片机中断，程序进入产品通过检测判定，单片机通经过序处理后确认有产品通过期，系统便进展产品通过记录。产品通过后单片时机将该次的产品数目变化及时通知上位机进展更改产品数目。产品数目统计程序见图5b。3.3系统与上位机通讯程序为了实现系统与上位机进展正常通讯，需要对计数系统向上位机发送的数据信息进展格式定义。计数系统向上位机发送的数据信息内容包括：信息代码1个字节、信息数据根据数据的不同字节数不同、校验和1字节，此值为各字节进展异或者以及信息完毕标志1字节。数据信息格式如表1所示。表1数据信息格式Tab.1Thedatainformationformat当计数系统统计的产品数目变更时会及时向上位机发送数据。向上位机发送数据信息的数据格式如表2所示。信息代码1代表计数系统向上位机发送数据命令，字节数为1；数据信息范围为：0065536，字节数为2，表示产品数目；校验和为各字节值进展异或者，字节数为1；完毕标志位#，字节数为1。向上位机发送程序流程图见5c。表2系统向上位机发送数据信息格式Tab.2Thedataformatsendtouppermachinefromsystem