一、设计背景与目标
在生产线、仓储物流等场景中，传统人工计数方式效率低、误差大，尤其不适应高速流水线作业。基于单片机的产品数量自动计量系统，通过传感器识别产品并自动计数，适合电子与自动化专业毕设课设，帮助学生掌握智能传感与计数算法技术，兼具工业应用价值与教学意义。
本设计以STM32F103单片机为核心，目标明确：实现对中小型产品（尺寸5-20cm）的计数，精度≥99.5%，计数范围0-9999；支持红外与光电两种检测模式切换，适应不同材质产品；具备累计计数与单次计数功能，LCD屏实时显示数量；支持按键清零、参数设置与数据存储（最近10组计数结果），适配食品包装、电子元件装配等生产线场景。
二、系统硬件设计
系统硬件由检测模块、控制核心、显示交互及电源模块组成。核心控制采用STM32F103C8T6单片机，通过GPIO接口连接各外设，处理检测信号并执行计数逻辑，其高速处理能力确保在每秒10个产品的流水线中准确计数。
检测模块包含两组传感器：红外对管（TCRT5000）适用于非透明产品，发射管与接收管分置传送带两侧，产品经过时遮挡红外光，接收管输出低电平；反射式光电传感器（E18-D80NK）适用于透明或反光产品，发射的红外光经产品反射后被接收，输出高电平。两种传感器通过拨码开关切换，信号经施密特触发器整形后输入单片机。
显示交互模块采用1602LCD显示屏，实时显示当前计数（“Current: XXX”）与累计计数（“Total: XXXX”）；配备3个按键（“清零”“模式切换”“存储”），采用下拉电阻设计，按下时输入高电平，配合10ms软件防抖确保操作可靠。数据存储采用AT24C16 EEPROM芯片，通过I2C接口与单片机连接，掉电不丢失计数记录。
电源模块采用220V转5V开关电源，经LDO稳压芯片为系统供电，总功耗<5W，内置过流保护电路，适应工业现场电压波动。传感器安装支架可调节高度（5-30cm），适配不同高度产品。
三、系统软件设计
软件基于Keil MDK开发，采用模块化编程，核心包括主程序、检测计数子程序、显示交互子程序及数据存储子程序。主程序初始化后，每秒刷新一次显示，实时响应传感器信号与按键操作。
检测计数子程序是核心，采用边沿触发计数逻辑：当传感器信号从高电平变为低电平（红外对管）或低电平变为高电平（光电传感器）时，判定为有效产品通过，计数加1。为避免产品抖动导致的多计数，程序设置200ms封锁期，期间不响应同一传感器的再次触发，可通过按键调整封锁时间（50-500ms）。
显示交互子程序控制LCD显示内容，当前计数实时更新，累计计数持续累加；“清零”键短按清零当前计数，长按3秒清零累计计数；“模式切换”键切换单次计数（仅计当前批次）与连续计数（累加至总计数）模式；“存储”键将当前计数与时间戳（由内部RTC提供）保存至EEPROM。
数据存储子程序支持读取最近10组记录，通过长按“存储”键进入查询模式，按“模式切换”键翻阅记录。软件内置计数溢出处理，达到9999后自动清零并记录溢出次数。
四、系统测试与优化
系统在模拟流水线（速度0-1m/s）测试，初始存在两个问题：一是高速状态下（>0.8m/s），窄小产品（<5cm）易漏检（漏检率3%）；二是透明塑料产品在光电模式下识别不稳定（误判率5%）。
优化方案：硬件上调整传感器安装位置，缩短检测距离至5cm；软件采用双阈值检测法，连续两次采样确认信号变化才计数，漏检率降至0.5%以下。针对透明产品，增加红外发射强度（通过可调电阻调节），软件中加入信号强度判断，仅当反射信号超过阈值才计数，误判率控制在1%以内。
优化后测试：计数精度达99.8%，最大计数速度15个/秒；数据存储与查询准确，掉电后记录完整；按键操作响应灵敏，无误触发。系统成本约80元，结构紧凑，适合毕设课设制作，可扩展RS485通信、上位机监控功能，提升工业生产线集成度。
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