专利名称：一种便携式划片电子计数器及计数控制芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于平直重叠物品例如卡片的计数器领域，主要是一种便携式划片电 子计数器及计数控制芯片，本发明可对音频信号和脉冲信号进行计数，但同一时间只能对 一种信号进行计数，可用于平直重叠物品的数量统计工作，外接不同类型传感器可应用于 不同的计数环境。
背景技术：
计数器是生产和科研工作中常用的仪器之一，广泛应用于不同场合的数量统计工 作。适用于以堆叠的形式放置的物品(例如证券、钞票、卡片等)的计数方法和装置在本领 域内是已知的。公开号为CN1284690A的发明专利披露了一种依赖于探头伸缩运动的计数器，探 头或与探头相连的活动部件，处于传感器感应范围内或与传感器相连，传感器感应探头的 伸缩运动或与探头相连的活动部件的动作，故计数器的工作效果取决于探头的伸缩运动的 速度与幅度，探头及其相关部件发生磨损将严重影响计数器的工作效果，另外此计数器存 在需要人工将计数结果输入到计算机进行统计工作的缺点。公开号为CN2083308U的实用新型专利披露了一种纸张类划动过数器，此过数器 的传感器为振动传感器，传感器与过数器探杆相连，探杆划过纸张形成的台阶产生振动，经 过传感器接收变成电信号，再将电信号滤波、放大、整形成电脉冲后计数。这种过数器的传 感器与探杆相连接，当探杆发生变形，不能与传感器保持良好接触时，振动将不能完整地向 传感器传递，导致计数错误，并且此过数器同样存在需要人工将计数结果输入到计算机进 行统计工作的缺点。公开号为CN1781116A的发明专利披露了一种基于图像分析的应用于堆叠平面基 片的计数方法和装置，其通过对被计数对象进行拍照，然后对获得的图像信息进行分析，最 终计算得出计数结果。此发明实现技术相对上面两种技术要复杂，产品难于微型化。综上所述，目前用于平直重叠物品例如卡片的计数器或者对探头依赖性强、不能 与计算机相连，或者实现技术复杂、难于微型化。
发明内容
本发明要解决目前存在的上述缺点，提供一种便携式的、可对平直重叠物品进行 计数的电子计数器，该计数器传感器不与探头连接、传感器与探头没有相对位置要求，能将 计数结果向计算机传送。本发明采用如下技术方案。计数器主要由计数控制芯片、音频信号产生及采集单 元、按键单元、输入脉冲电平转换单元、RS232电平转换单元、供电单元、计算机端伺服单元、 有源晶振、段式液晶显示屏组成。计数控制芯片为本计数器的核心部分，该部分包括音频信 号处理模块、计数模块、显示控制模块、数据发送模块、分频模块。其中音频信号处理模块判 断音频信号是否为有效计数信号，计数模块进行计数并保存计数结果，显示控制模块驱动段式液晶显示屏，数据发送模块将计数结果向计算机发送，分频模块提供各模块工作所需 的时钟信号。音频信号产生及采集单元由划片器①、拾音电路组成。划片器①为本计数器的探 头，由长条形薄片及其夹具组成，夹具夹在薄片长方向上的中间位置，再插入计数器外壳 中，即长条形薄片一半在计数器外部，一半在计数器内部；拾音电路由传声器、放大电路组 成，作用是将声信号转变为相应的电信号，即将划片器①产生的声音转变成输入到计数控 制芯片的音频信号。对于不同厚度、材质的平直重叠物品，可以调节拾音电路灵敏度来加强 拾音效果。按键单元产生计数器工作所需的控制信号，由划片计数开始按钮、数据发送按钮、 手动计数按钮、复位按钮组成。当按下划片计数开始按钮时，计数控制芯片中音频信号处理模块开始工作，在开 始进行划片计数前，需将以堆叠的形式放置的被计数对象稍微倾斜，使其形成一个锯齿 面②，把划片器①划过该锯齿面②便可以产生“哒哒……”的声音，拾音电路将这些“哒 哒……”的声音转变成音频信号送入计数控制芯片的音频信号处理模块进行处理，划片器 ①划过锯齿面②产生的“哒哒……”的声音有特定的波形特点，当输入的音频信号符合该波 形特点时，音频信号处理模块判断其为有效计数信号，并输出一个脉冲信号驱动计数控制 芯片中的计数模块进行计数工作。计数模块通过对输入脉冲信号进行累加并存储完成计数 功能，其输入脉冲信号为输入到计数控制芯片的脉冲信号取反后再与音频信号处理模块输 出信号相或的结果，设置为高电平有效，如此可对两路信号进行计数工作，此计数模块用锁 存器组储存计数结果，每组锁存器记录一个十进制计数位，锁存器组中的数据持续输出到 数据总线。计数控制芯片中显示控制模块、数据发送模块从数据总线获取计数结果，当计数 结果发生改变时，显示控制模块立即作出反应，更新段式液晶显示屏的显示信息，显示控制 模块采用1/2偏压驱动方式驱动段式液晶屏，通过公共极端口状态“高电平、低电平、高阻 态”与段极端口状态“高电平、低电平”相组合，实现段式液晶屏的驱动，当公共极端口为“高 阻态”时，其外围电路将使该端口电平保持为高电平的一半，实现1/2偏压。当按下数据发 送按钮时，计数控制芯片中的数据发送模块响应按钮事件，将从数据总线上接收到的数据 按照RS232串行通信标准进行编码后向外发送。由于RS232串行通信标准规定逻辑1的电 平为-3V -15V、逻辑0的电平为+3V +15V，而计数控制芯片无法输出这种电平信号，故 需通过RS232电平转换单元对计数控制芯片的输出信号进行电平转换，才能实现计数器与 计算机的通信。RS232电平转换单元是由三极管与电阻组成的开关电路，利用计算机串口提 供的士 12V信号电平进行计数控制芯片输出电平到RS232电平的转换。计算机端伺服单元 是在计算机终端运行的后台服务程序，通过对串口接收到的符合要求的数据作相应的模拟 键盘输入，录入计数器计数结果到前计算机终端台应用程序，这种处理方式可以适应各种 不同的数据统计平台。当按下复位按钮时，计数控制芯片所有锁存器清零，芯片复位。供电单元采取电池、计算机串口两路供电，当计数器与计算机串口连接时，由计算 机串口供电，否则由电池供电，计算机串口供电时，通过对计算机串口输出的通信信号的能 量进行转换，得到计数器的工作电能。本计数器可通过按动手动计数按钮进行手动计数，还可通过向脉冲信号输入端传 送脉冲信号进行计数，脉冲信号输入端输入的信号经过电平转换后驱动计数控制芯片中的
4计数模块工作，借此可方便地扩展本计数器的适用范围。本发明的有益效果是由于本计数器仅使用一块芯片完成有逻辑控制功能、不需 要复杂的滤波整形电路，故外围器件少，计数器体积可以缩小到100mmX16mmX8mm，方便携 带。本计数器通过对音频信号的产生、采集、处理、计数，达到了对平直重叠物品进行数量统 计的目的；由于本计数器采用声音传感技术，故传感器与划片器的薄片之间不需要连接，也 没有相对位置要求，只要划片器的薄片还可以发出声音，计数器就能够正常工作；本计数器 还能够将计数结果传送到计算机数据统计平台。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。图1是本发明的结构示意图；图2是本发明实施例的计数器头部示意图；图3是倾斜平直重叠物品形成的锯齿面的示意图；图4是本发明实施例的电路原理示意图；图5是本发明的计数控制芯片的顶层设计原理图；图6是本发明的计算机端伺服单元的工作流程图。图中①划片器；②锯齿面；③按键单元；④输入脉冲电平转换单元；⑤拾音电路； ⑥RS232电平转换单元；⑦供电单元。
具体实施例方式本发明所述的便携式划片电子计数器主要由计数控制芯片、音频信号产生及采集 单元、按键单元③、输入脉冲电平转换单元④、RS232电平转换单元⑥、供电单元⑦、计算机 端伺服单元、有源晶振、段式液晶显示屏组成。本发明实施例的电路原理图如图4所示，本 实施例以与计算机9针串口(DB9)连接为例设计RS232电平转换单元⑥及供电单元⑦，图 中各主要模块的功能及工作过程介绍如下供电单元⑦供电单元从电池或计算机串口获取电能，通过稳压芯片VRl将电池 或计算机串口提供的电能稳压到1. 8V，提供给本计数器其它部分使用，稳压芯片VR1，采用 TOREX公司的XC6202P182，该稳压芯片输入电压为2V 20V，输出1. 8V。当计数器与计算 机串口连接时，接口 Jl的2、3脚的连接开路，电池BTl失去回路，此时计数器由计算机串口 3 (TXD)、4 (DTR)、5 (GND)脚提供电能。当计数器未连接计算机串口时，接口 Jl的2、3脚的连 接短路，此时计数器由电池BTl提供电能。RS232电平转换单元⑥本单元由电阻RIO、Rl、R2，三极管Ql，二极管Dl、D2组 成，当本发明的计算机端伺服单元在计算机终端上正常运行时，计算机串口 7 (RTS)脚电平 将保持在+12V，计算机串口 3 (TXD)、4 (DTR)脚电平将保持在-12V，在此状态下，计算机串 口 2(RXD)脚电平将随本单元DATA端的电平变化而变化。当计算机上未运行本发明的计算 机端伺服单元时，计算机串口 3 (TXD)、4 (DTR)、7 (RTS)脚电平将保持在-12V。在此状态下， RS232电平转换单元不工作，但计数器可以正常从计算机串口获取电能，维持工作。有源晶振Yl 本计数器采用频率为IMHz的有源晶振作为计数控制芯片的时钟源。音频信号产生及采集单元本单元由划片器①、拾音电路⑤组成。其中划片器①由
5长条形薄片及其夹具组成，夹具夹在薄片长方向上的中间位置，再插入计数器外壳中，即长 条形薄片一半在计数器外部，一半在计数器内部，薄片被划动后将发出声音；拾音电路⑤由 传声器MK1、电阻R16、R14、R13，电容C8、C9，三极管Q3组成，传声器MKl等效电阻受划片器 ①产生的声音影响而变化，电容C8两端的电势差也发生相应变化，进而影响三极管Q3基极 电流，故三极管Q3集电极电势将随划片器①产生的声音的波动而波动，即将声音转变成音 频信号。计数控制芯片计数控制芯片是本计数器的核心部分，采用Xilinx公司的 CoolRunner-II系列CPLD，型号是XC2C512-10PQ208C，该芯片资源丰富，有512个逻辑单元、 173个I/O端口，完全能够满足本发明的要求。该计数控制芯片完成本计数器的音频信号 处理、计数、显示控制、数据发送功能，其顶层设计原理图如图5。图5中，模块“ain”为音 频信号处理模块，使能端为“CoimtEn”，低电平有效，该模块将检测输入的音频信号，当输入 的音频信号符合特定的波形特点时，音频信号处理模块判断此次输入的音频信号为有效计 数信号，并输出一个脉冲信号驱动计数控制芯片中的计数模块进行计数工作，对输入的音 频信号进行检测的方法有波形对比、频谱分析、波峰累计等，本实施例采用波峰累计为检测 方法，当一段音频信号的波峰数在一个特定的范围内时，判断此音频信号为有效计数信号； 模块“corns”为数据发送模块，其发送使能端“SendEn”设置为低电平有效，当发送使能有 效时，该模块将从数据总线上接收到的数据按照RS232串行通信标准进行编码后，通过数 据发送端“Txd”向外发送；模块“display”为显示控制模块，该模块根据数据总线上的数 据控制段式液晶屏的显示，当数据总线上的数据发生改变时立即改变显示信息，由于计数 控制芯片只能输出高、低两种电平，故显示控制模块采用1/2偏压驱动方式驱动段式液晶 屏，通过公共极端口状态“高电平、低电平、高阻态”与段极端口状态“高电平、低电平”相组 合，实现段式液晶屏的驱动，当公共极端口为“高阻态”时，其外围电路将使该端口电平为高 电平的一半，实现偏压；模块“timer”是分频模块，该模块将源时钟信号转换为频率是 源时钟信号的2"倍的信号提供给本计数控制芯片各模块使用；模块“count”为计数模块， 该模块通过对脉冲信号进行累加并存储完成计数功能，其输入脉冲信号为计数控制芯片 "PulseIn"引脚输入的脉冲信号取反后再与音频信号处理模块“ain”的输出信号相或的结 果，设置为高电平有效，如此可对两路信号进行计数工作，该模块有5组锁存器，每组锁存 器记录一个十进制计数位，故本实施例计数范围为O 99999，要扩大计数范围可以通过增 加锁存器组实现，增加锁存器组时应该对计数控制芯片的数据发送模块“corns”、显示控制 模块“display”作相应的扩展，计数模块锁存器组中的数据持续输出到数据总线。计数控 制芯片复位端“Rst”设置为低电平有效，当“Rst”有效时，计数控制芯片所有锁存器清零， 芯片复位。计算机端伺服单元该单元为在计算机终端运行的后台服务程序，主要功能是将 计算机串口接收到的符合要求的数据通过模拟键盘输入的方式传递给前台应用程序。本单 元采用Microsoft Visual C++开发，工作流程如图6所示。该后台服务程序启动后将根据 配置文件记录的配置信息初始化串口及模拟键盘输入格式，若读取配置文件信息失败则使 用程序预设的默认值初始化串口及模拟键盘输入格式，初始化结束即转入等待状态，等待 串口事件发生或用户操作事件，当串口接收到符合要求的数据时，后台服务程序将通过模 拟键盘输入的方式把接收到的数据传递给计算机终端前台应用程序；用户操作事件包括修改配置和关闭后台服务程序，当计数器与串口的连接有变化或模拟键盘输入格式不适应当 前计算机终端前台应用程序时，用户可以通过修改串口配置、模拟键盘输入格式使后台服 务程序适应当前工作环境。用户修改配置后，后台服务程序将立即重新配置串口及模拟键 盘输入格式。本单元的工作模式可以适应各种不同的数据统计平台，通用性好。
权利要求
一种便携式划片电子计数器，其特征是该计数器主要包括计数控制芯片、音频信号产生及采集单元，其中计数控制芯片完成音频信号处理、计数、显示控制、数据发送功能，音频信号产生及采集单元产生供计数控制芯片计数用的音频信号。
2.根据权利要求1所述的便携式划片电子计数器，其特征是所述的音频信号产生及 采集单元由划片器[①]、拾音电路组成，拾音电路将划片器[①]产生的声音转变成输入 到计数控制芯片的音频信号。
3.根据权利要求2所述的便携式划片电子计数器，其特征是所述的划片器[①]由 长条形薄片及其夹具组成，夹具夹在薄片长方向上的中间位置，再插入计数器外壳中，即长 条形薄片一半在计数器外部，一半在计数器内部。
4.一种计数控制芯片，其特征在于该计数控制芯片主要包括音频信号处理模块、计 数模块、显示控制模块、数据发送模块、分频模块，其中音频信号处理模块判断音频信号是 否为有效计数信号，计数模块进行计数并保存计数结果，显示控制模块驱动段式液晶显示 屏，数据发送模块将计数结果向计算机发送，分频模块提供各模块工作所需的时钟信号。
5.根据权利要求4所述的计数控制芯片，其特征在于所述的音频信号处理模块，当其 检测到音频信号符合特定的波形特点时，此音频信号处理模块判断该音频信号为有效计数 信号，并输出一个脉冲信号驱动计数控制芯片中的计数模块进行计数工作。
6.根据权利要求4所述的计数控制芯片，其特征在于所述的计数模块通过对输入脉 冲信号进行累加并存储完成计数功能，其输入脉冲信号为输入到计数控制芯片的脉冲信号 取反后再与音频处理模块输出信号相或的结果，设置为高电平有效，如此可对两路信号进 行计数工作，此计数模块用锁存器组储存计数结果，每组锁存器记录一个十进制计数位，锁 存器组中的数据持续输出到数据总线。
7.根据权利要求4所述的计数控制芯片，其特征在于所述的显示控制模块根据数据 总线上的数据控制段式液晶屏的显示，当数据总线上的数据发生改变时改变显示信息，此 显示控制模块采用1/2偏压驱动方式驱动段式液晶屏，通过公共极端口状态“高电平、低电 平、高阻态”与段极端口状态“高电平、低电平”相组合，实现段式液晶屏的驱动，当公共极端 口为“高阻态”时，其外围电路将使该端口电平保持为高电平的一半，实现1/2偏压。
8.根据权利要求4所述的计数控制芯片，其特征在于所述的数据发送模块，当其发送 使能有效时，此数据发送模块将从数据总线上接收到的数据按照RS232串行通信标准进行 编码后向外发送。
全文摘要
本发明涉及一种便携式划片电子计数器及计数控制芯片，可对音频信号和脉冲信号分别进行计数，可用于平直重叠物品例如卡片的计数，外接不同类型传感器后可应用于不同的计数环境。计数器主要由计数控制芯片、音频信号产生及采集单元、输入脉冲电平转换单元、RS232电平转换单元、计算机端伺服单元组成。计数控制芯片为本发明核心部分，完成本计数器的音频信号处理、计数、显示控制、数据发送功能，其中显示控制模块直接驱动段式液晶屏。本发明通过计数控制芯片对音频信号产生及采集单元采集到的音频信号进行处理、计数完成对平直重叠物品的数量统计工作，并将计数结果通过RS232电平转换单元、计算机端伺服单元发送到计算机数据统计平台。
文档编号G06M7/06GK101964075SQ20091004202
公开日2011年2月2日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者梁志辉 申请人:梁志辉