摘要：基于單片機MSP430F149與紅外模塊設計了產品數量統計系統。主要對系統的硬件以及軟件的設計進行詳細介紹。利用單片機的低功耗以及紅外模塊單線接口方式，實現了整個系統的低功耗，其結構簡單、性能穩定、經濟實用。

關鍵詞：單片機；紅外發射模塊；紅外接收模塊

0．引言

在工業自動化生產中，需要對產品的生產數量進行統計，以衡量整個生產系統的生產效率，傳統的統計方式主要是在生產后期由人工進行生產記錄，這樣不僅浪費大量的人力物力，還存在時間的滯后性。另外，在一些自動化程度較高的工業現場，以人工方式直接去統計產品數量也不現實。本文提出了一種基于單片機技術、紅外技術于一體的產品數量統計系統，該系統可以方便地實現產品數量的實時統計；該系統可以與上位機實現通信，以便數據報表的生成與打印。系統具有抗干擾性強、統計精度高等優點。

1．系統總體設計

系統以高性能、低功耗單片機MSP430F149為核心控制器，集成紅外發射模塊、紅外接收模塊、數據存儲器、RS232接口以及電源模塊。單片機負責各種數據的處理與記錄，將處理后的數據進行存儲，并且還可以通過RS232接口將記錄的數據傳輸給上位機；紅外發射、接收模塊主要是檢測通過產品線的產品數量，并且通知單片機進行數量記錄；電源模塊采用LM2574降壓型DC-DC電源變換器，為整個系統提供工作所需要的能源。系統的結構框圖如圖1所示。

圖1系統結構框圖

Fig.1Theblockdiagramofthesystem

2．系統硬件設計

硬件電路的設計以MSP430F149為核心控制器[1]，P1口的（P1.0）輸出PWM信號驅動紅外發模塊；P1口的（P1.1）外接紅外接收模塊的信號輸出引腳；通用串口UATR0（P3.4、P3.5）外接RS232與上位機進行數據通信；P3.6、P3.7模擬串行通信接口與存儲器進行數據傳輸；LM2574為系統提供3.3V的工作電壓。系統硬件電路圖如圖2所示。

圖2系統硬件電路圖

Fig.2Thehardwarecircuitofsystem

2.1MSP430F149單片機

MCU采用德州儀器（TI）的MSP430F149單片機[1]，此單片機是一種超低功耗微控器，采用16位的體系結構，16位的CPU集成寄存器和常數發生器，實現了最大化的代碼效率。包括2個內置16位的定時器、一個快速12位A/D轉換器，二個通用串行同步異步通訊接口和48個I/O端口。

下面列出它的一些主要特性：低電源電壓輸入范圍：DC1.8~3.6V；超低功耗：2.5uA@4kHz,2.2V；具有5種節電模式；喚醒時間小于6us；12位200Ksps的A/D轉換器，自帶采樣保持；一路串行通訊接口可用于異步通信模式或者同步通信模式；6個8位并行端口；片內包含60KBFLASHROM和2KRAM；2個通用的16位定時器，并具有片內溫度傳感器。

單片機是整個系統的核心控制器，負責產品數量的統計、存儲、紅外模塊的控制以及與上位機通訊等。

2.2紅外發射模塊

采用紅外線發射二極管LF5038作為發射模塊的紅外線信號發射器件,其電氣參數如下：峰值波長為940nm；正向工作電壓VF為1.2V；正向驅動電流IF最大值100mA；一般來說，IF越大，紅外線發射距離越遠[2]。

由于紅外接收模塊可以接收的載波頻率為38kHz，所以紅外發射模塊需要以38kHz的載波發射信號。單片機MSP430F149內部包含PWM輸出控制，很容易實現載波信號的設置。單片機管腳的輸出驅動能力有限，為提高發射模塊的發射距離，采用外接三極管驅動電路以提高發射模塊的正向電流IF，來提高發射模塊的發射距離。紅外發射驅動電路如圖3a。

2.3紅外接收模塊

紅外接收模塊采用LF0038F，其性能參數為：可接收的載波頻率典型值是38kHz；當紅外發射模塊的正向電流為300mA時，LF0038F接收的最小距離為15m；接收角度的典型值為±45º[3]。

紅外接收模塊對供電電源的要求比較嚴格，為防止誤輸出信號的發生，對其輸入電源進行多級抗干擾以及濾波處理，紅外接收模塊電路圖如圖3b。

圖3紅外發射接收模塊原理圖

Fig.3Infraredtransmitandreceivemoduleprinciplediagram

單片機PWM輸出驅動紅外發射模塊向外發射38kHz的脈沖信號，當LF0038F接收不到有效信號時OUT端輸出高電平信號，LF0038F接收到有效信號時OUT端輸出低電平信號，期間由高電平到低電平會產生一個下降沿信號。LF0038F輸出信號的波形如圖4。

圖4信號波形圖

Fig.4Signalwaveformfigure

2.3電源模塊

系統采用LM2574高性能電壓變換器提供工作電壓。LM2574技術參數如下：具有寬電壓輸入范圍（DC7V-DC40V）；該芯片可以輸出固定電壓或者可調電壓；最大輸出電流0.5A；外圍電路簡單，只需外接4個電子元器件；內置固定頻率（52KHz）振蕩器；轉換效率高；具有過熱及過負載保護功能。

3．系統軟件設計

為方便系統維護與升級，系統軟件設計采用模塊化程序結構，主要有主程序、PWM信號產生程序、產品數量統計程序、數據傳輸程序等組成。

3.1主程序功能

主程序負責初始化、開中斷、指導系統進入各種相應的工作狀態，主程序流程圖見圖5a。

圖5程序流程圖

Fig.5ProgramFlowDiagram

3.2產品數量統計程序

系統初始化完成后，程序便開啟PWM輸出，驅動紅外模塊發射頻率為38kHz的脈沖信號。系統用反射式監測方式監測產品的通過，在無產品通過生產線時，LF0038F接收不到紅外脈沖信號OUT端輸出高電平信號；當有產品通過生產線時，紅外模塊發射的脈沖信號被通過的產品遮擋反射回來，接收模塊接收到脈沖信號，LF0038F輸出信號由高電平跳變為低電平，下降沿觸發單片機中斷，程序進入產品通過檢測判斷，單片機通過程序處理后確認有產品通過時，系統便進行產品通過記錄。產品通過后單片機會將該次的產品數量變化及時通知上位機進行更改產品數量。產品數量統計程序見圖5b。

3.3系統與上位機通訊程序

為了實現系統與上位機進行正常通信，需要對計數系統向上位機發送的數據信息進行格式定義。計數系統向上位機發送的數據信息內容包括：信息代碼（1個字節）、信息數據（根據數據的不同字節數不同）、校驗和（1字節，此值為各字節進行異或）以及信息結束標志（1字節）。數據信息格式如表1所示。

表1數據信息格式

Tab.1Thedatainformationformat

當計數系統統計的產品數量變更時會及時向上位機發送數據。向上位機發送數據信息的數據格式如表2所示。信息代碼“1”代表計數系統向上位機發送數據命令，字節數為1；數據信息范圍為：00~65536，字節數為2，表示產品數量；校驗和為各字節值進行異或，字節數為1；結束標志位“#”，字節數為1。向上位機發送程序流程圖見5c。

表2系統向上位機發送數據信息格式

Tab.2Thedataformatsendtouppermachinefromsystem

4．結論

紅外技術是一門新興而且發展迅速的學科，各種紅外器件應運而生，品種繁多，其應用涉及到民用、軍用各個行業。系統硬件以及軟件均采用模塊化設計，易于升級與維護。經過在線實際運行，采集數據準確可靠，為自動化生產線的產品統計提供了新式的設備。避免了以往人工統計的缺點，該系統具有良好的推廣價值和應用前景。