红外线电子进出门计数器Word下载.docx
《红外线电子进出门计数器Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外线电子进出门计数器Word下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1引言..........................................................................................................................1
1.1课题的来源和意义..........................................................................................11.2国内外“电子售票员”现状..........................................................................1
1.3方案论证..........................................................................................................11.4设计制作工作步骤..........................................................................................2
2.计数器设计..............................................................................................................3
2.1总体设计要求...............................................................................................32.2乘客进出门统计..............................................................................................4
2.35KHZ红外发射驱动器..................................................................................62.45KHZ带通滤波器..........................................................................................7
2.5可逆计数器......................................................................................................92.6译码显示电路................................................................................................11
2.7读卡器电路.....................................................................................................132.8买票按钮........................................................................................................14
3设计与制作...........................................................................................................15
3.1原理图输入中的问题与解决........................................................................153.2没有封装的元件――自建封装库................................................................15
3.3单面布线中的飞线问题................................................................................163.4调试中的问题................................................................................................16
3.4.1LED缺段问题...........................................................................................163.4.2进出门计数变反问题...............................................................................17
3.4.3刷卡无动作问题......................................................................................173.4.41米外发射接收测试..................................................................................17
结论18
参考文献19
致谢...........................................................................................................................20
附录............................................................................................................................21
红外发射、计数检测、刷卡电路总原理图..............................................................21
1引言
传统的计数统计是人工的、机械的、离散的。
如果改造成电子自动计数方式则不仅节省了人力资源，而且能联网，实现远程控制和存储。
电子自动计数还具有抗干扰能力强，误差小、可持续工作时间长、便于加密处理而且保密强度高等优点。
利用电子自动计数采集大量的人流、物流信息，不仅对当前调度有用，也是长期规划的重要依据。
本文对公交的进出门人数，买票、刷卡人数的电子计数器研制及遇到的问题作一讨论。
1.1课题的来源和意义
本课题是在电子竞赛培训中的预演练习题“电子售票员”的基础上作了更深
入探讨。
在实施过程中，涉及到红外传感器，放大器，比较器，计数器，显示器
等多种元器件，综应用了“电路”“模拟电子学”“数字电子学”“Protel99se
印制板设计”“电子测量技术”等知识，通过做这项电子制作，完成设计制作的全过程。
方案论证、上网查阅有关应用电路和集成电路参数，对每一部分的电路精心设计、通过Multisim8仿真选用最佳的元件配。
在这个过程中，碰到了许多以前书本上没有学的问题，在解决问题的过程中提高了认识，补充了课本知识。
电子设计课题不一定很大，只要通过亲手做遍全过程，完成一个产品制作，收获是很大的。
本课题的意义在于红外线计数技术不仅适用于人员流动检测和计数，还可以应用于生产线料瓶的计数，应用面广。
通过增加接口可以联网做数据采集。
本设计经过实践考验后，可以实现模块化，小型化，或做成专用电路。
。
1.2国内外“电子售票员”现状
目前国内公交推广IC卡后大大减轻了售票员的劳动强度,但没有全部做到无人售票,这是人力资源的很大浪费。
经过我们实地观测，乘客漏刷卡，故意不刷卡大有人在,就是有了售票员也照顾不到监视前后两个刷卡器。
无人售票情况，司机监视投币、刷卡也有走眼的,所以国内需求电子售票员是必然的。
国外乘车人不太拥挤，上车比较有秩序，更适合推广电子售票员。
1.3方案论证
方案一：
用单片机系。
8051单片机可以软件实现相位比较、+1，-1计数器、译码器功能。
但是模拟部分的运算放大器，比较器，大电流的显示驱动器和显示器还是要外接，而8051单片机的许多其它功能没有发挥。
结论：
用单片机系对简化电路作用不明显。
方案二：
用FPGA。
情况与单片机系相似，只能集成数字部分。
成本比单片机更高,没有实用价值。
方案三：
用现成的计数-译码-显示模组，现成的红外接收-放大头。
需要做的仅相位比较这部分。
这种方案是可行的，但是对学习电子制作来说，练习的机会少。
方案四：
用通用中小规模集成电路来实现。
在设计好电路后先用Multisim8仿真，选择最好的元器件组，再用Protel99se设计PCB，再安装调试。
这种方法虽然比较麻烦，实践机会多，有利于提高动手能力。
决定用方案四。
1.4设计制作工作步骤
1.4.1.根据电路的功能要求设计总体结构框图
1.4.2.总体结构框图把系分为红外高频调制发射、红外接收、高增益选频放大器，由比较器构成的检波器，进出门识别相位比较器，可逆计数器，译码器，显示器，控制界面（按键和开关）九部分组成。
1.4.3.参考有关线路图，设计每一部分的电路草图SCH文件。
查阅各种芯片的资料，选用合适的外围芯片。
通过Multisimm8仿真，纠正设计中不合理的元件参数，选用最佳的元件配。
1.4.4.用Protel99SE设计总体电路图，经过设计规则检查，纠正错误的连线或遗漏的连线。
最后产生元件表。
准备全部元件。
调用封装库里的各类元件，核对元件的封装是否匹配。
对库里没有的封装自行设计元件封装。
建立自己的PCBLIB。
1.4.5.从总体电路图产生网表,检查NET网表文件，纠正错误,建立布线布局区供放置元件,调用网表，如果出错就必需检查修正到完全无错误，建立设计规则，根据地线，电源线，输入输出线等设计布线宽度和间距。
仔细布局，把相关元件靠近在一起，电脑自动布线，检查布线出PCB电路板文件交付厂家进行制。
1.4.6.购买、检测、安装元器件。
为了便于试验，集成电路，LED数码管都使用管座。
焊接完成后检查每一个焊点，不能有虚焊，短路等现象。
1.4.7.加电调试。
第一、调试初期要检查电源电流是否异常，芯片有无发热。
第二、每个单元电路单独用信号发生器和示波器检测功能是否正常。
调节频率达要求。
第三、整体配合调节。
第四、环境试验。
对温度，外光照等因数影响整体机性能作出评估。
上述每一环节都有反复，遇到困难，克服困难，又有新的问题，解决问题，就这样波浪式前进。
步骤如图1示:
图1
2.计数器设计
2.1总体设计要求：
总体功能要求：
计:
上车人数，刷卡人数、投币买票人数，用四个七段LED
数码字显示进门人数0～99。
刷卡－投币/买票人数0～99。
有总清零功能。
原理框图如图2：
图2原理框图
2.2乘客进出门统计
红外发射为中心频率5.0kHz的交流脉冲光，防止自然光和交流电的干扰。
接收器含有：
光电检测和前置放大器带通滤波器，相位检测器。
输出数字电平可直接驱动可逆计数器40192集成电路。
为了防止对细小物品如女孩的辨子、扁担、包带等物品进入错误计数，设计两个或多个发射头错开一定距离水平排列，红外接收头只要被一个头照射就动作。
从图3可以看。
这样凡是只有半影没有全影的情况就不被计数。
只有人进出时才会被计。
如何区分进门、出门呢？
图4是一个相位检测器。
有光照时输出为低，有人进入，没有光照时输出为高。
传感器S1,S2输出波形为VS1,VS2，因为放置时的错位，进门时，靠门的S1先被挡住光，波形为①，出门时，S2先被挡住光，波形为②。
图3红外发射图4相位检测器
把VS、VS分别送到两个D触发器的CD端和CLK端，复位端CD是低电平有效。
信号①对触发器2分析如下：
1:
有光照时VS1、VS2都是低电平，触发器2处于复位状态，输出都是低电平。
2:
VS1＝1，先退出复位状态，这时输出还是低，3:
时钟VS2＝1，触发器动作，由于数据端D接高，输出高，这种状态延续下去，4:
复位信VS1＝0，输出低。
5。
时钟VS2由1变0，对触发器不起作用输出不变。
因为触发器只对时钟的上升沿，从低变高有反应，对下降沿，从高变低没有反应。
同时因为复位信号为低输出不会变。
波形见③。
信号①对触发器1分析如下：
有光照时VS1、VS2都是低电平，触发器1处于复位状态，输出都是低电平。
时钟VS1＝1，因为是复位状态，时钟不起作用，输出还是低，3:
复位信号VS2＝1，由于没有时钟VS的上升沿，原来输出低的状态延续下去，4:
时钟信号VS1＝0，对触发器不起作用输出不变还是低。
5:
复位信号VS2＝0，输出低。
波形见⑤
同理可以推出，信号②作用下，触发器1输出⑤，触发器2输出④。
对相位比较器的仿真利用multisim8.0做的，输入时，只用一个脉冲信号产生器，输出VS1，另加一个延迟电路做VS2，这就模拟进门状态。
反过来，信号产生器输出VS2，延迟产生出VS1，模拟出门状态。
模拟电原理图和虚拟仪器接法见图5，,模拟结果见图6图7。
图5相位比较器的仿真电路图
图6进门波形
波形分析：
由图6知，此时VS2超前VS1，为进门状态，U2AD触发器工作，在VS1低电平时，复位起作用，U2A输出ˉQ1高电平，在VS1高电平时期间，VS2从01时，U2AD触发器翻转,Q1输出低电平，ˉQ1输出高电平，以供加1计数。
U2BD触发器直保持复位，Q2输出低电平,ˉQ2输出高电平。
反之，出门状态，此时VS1超前VS2。
ˉQ2输出低脉冲，供减1计数。
ˉQ1直输出高电平
图7出门波形
2.35KHZ红外发射驱动器
在CMOS多谐振荡器、晶体管RC振荡器和NE555多谐振荡器三者中，NE555有结构简单，驱动电流大，频率稳定等优点。
决定选用NE555。
NE555电路介绍:
它是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA。
在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；
在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，可延时数微秒数小时。
工作电压范围：
4.5V<
Vcc<
16V,工作电流范围：
3-6mA,
图8NE555引线排列
NE555各管脚作用
脚号
脚名
功能
1
GND
地
5
CINTROLOLTAGE
控制电压
2
TRIGGER
触发
6
THERSHOLD
阀值
3
OUTPUT
输出
7
DISCGARGE
放电端
4
RESER
复位
8
VCC
电源
NE555接成无稳态多谐振荡器，里面的比较器以电源电压的1/3，2/3控制输出翻转，定时精确。
C79放电2,6脚=1/3Vcc时,7脚为高（OPEN）3脚输出高电平，Vcc通过R73+W71对C79充电。
经过0.693（R73+W71）C79时间,脚升到2/3Vcc,这时,发生翻转,3脚输出低电平,7脚对地导通,C79经过W1放电,经过0.693
W71
C79时间直到2,6脚=1/3Vcc为止周而复始。
调整W1使频率刚好为39kHZ。
NE555的3脚驱动能力很强,取R72=330Ω,低电平峰值电流达20mA。
输出5KHZ的参数设计：
根据公式T=0.693（R73+W71）C79＋0.693
C79＝25.6μs，C79＝1000PF，R73＝10kΩ,算得W71=17kΩ，在可调范围内。
红外发射是看不到的，检测方法是：
用红外光电管接一个10K电阻接到9V电池，用数字表电压档测电阻端电压。
无光照时只有0.3V，把555振荡输出的发射管对准光电管，电压变化幅度升到5－6V。
说明发射很强。
2.45KHZ带通滤波器
做一个放大为25倍，Q值小于10的带通滤波器。
晶体管偏置电路复杂，稳定性差。
决定采用集成电路。
LM324比较便宜，但是单位增益带宽积只有1MHZ（18V）在5V时只有300K，决定用同样引脚而频率较高的TL084.
图9LN324和TL084的管脚图
根据“模拟电子技术”和图例6－7，设计如下（图10）
图10带通滤波器
用Multisim8仿真
图11仿真线路图
图12仿真波形图
2.5可逆计数器
40192,74HC192,74LS192是可预置的BCD加减法十进制同步计数器，可以作＋1，—1，预置等操作，特别适合应用于设计。
40192管脚排列
图1340192管脚排列
图14应用40192的设计电路
工作过程分析：
40192,74HC192,74LS192是可预置的BCD加减法同步计数器。
内部由4个时钟同步操作的D触发器和控制门组成。
4个触发器状态的变化是同步进行的，4个输出端状态跳变没有时间差别，而异步计数器是上一级翻转推动下一级，延迟逐级累加。
Q10要比Q0晚10个延迟。
应用于译码器会有毛刺。
同步计数器不会有此问题。
4位二进制计数器的状态是0000，0001….1111,0000共16个状态，而BCD计数器的状态是0000，0001……0111,1000,1001,0000共10个状态。
内部的控制门有两大作用，1进位链控制，1001后下面就进位，变成0000。
2同步时钟，把某触发器该不该翻转的条件在时钟来之前准备好，时钟一来同时翻转。
例如现在状态是1001，打开第0、第3个触发器，当外时钟一来就一起由1变0。
而第1、第2个触发器的时钟关闭，外时钟来时不动作。
这种进位条件也提前送到下一个192做到多级同步。
当预置位PL为低时，与时钟同步把D0~D1数据送到Q0~Q3。
我们不用可预置功能，PL接高。
做成加减功能的可逆计数时要用两个时钟，CU和CD（下降沿有效），其相互关系是其中一个由高变低时，另一个必须为高，平时两个时钟输入都应该是1。
正好和波形③④⑤相反，我们用D触发器的反相输出端Q非接192。
两级计数器级联的方法是前一级的TCU/TCD分别接下一级的CU/CD。
当清零信CR为高的时候，所有的计数器状态都回到零。
CU加法计数时钟，输出从0直加99，超过99回到0，CD减法计数时钟，输出退回一个数。
如果原来加50，CD来一次，输出为50－1＝49。
利用Multisim8.0对上图带显示仿真，结果如图15
图15仿真线路图
2.6译码显示电路
常用的译码显示驱动电路有74LS47，（247）和4511两种，前者适合共阳极数码管，后者适合共阴极数码管。
从显示6，9的字型来说74LS247比较好看。
多位数字显示可以用动态扫描方式，本设计只用2位，静态显示比较简单。
4511比较便宜。
所以选用4511。
4511的输入为A0~A3,输出为Ya,Yb,Yc,Yd,Ye,Yf,Yg分别接七段数码管的相应端，中间的限流电阻是必不可少的。
每段电流5～10mA，每个字约40mA为宜。
4511的输出高电平为电源电压减0.9V,数码管负载电压为1.6～2V.限流电阻R=（Vcc-0.9-2）/5mA=420Ω。
电阻取390Ω。
4511有一个测试端LT和一个消隐端BI，也就是全亮全熄控制端，前者为低，显示8，后者为低，不显示。
本设计不用这两个输入端，统统接高。
芯片有一个选通端LE，用以锁存输入的数据，如果LE由0变1，输入A0~A3的新数据不能进入译码器，输出不变。
本设计不用选通，LE接0。
74LS4511介绍：
74LS4511是具有CMOS结构和NPN双极型晶体管输出的BCD码到7段锁存／译码／驱动器．它的输出驱动电流为25mA，可直接驱动发光二极管和其它显示器件．采用灯测输入端LT，消隐输入端Ib和选通输入端S，来测试显示器件：
关闭或亮度调节及存储或选通一个BCD码．除此之外，利用外加多路选择器对一些不同的独立信号，可进行多路操作和显示。
其电路结构和性能与美国MOTOROLA公司MCI45llB相一致．主要用于驱动共阴极发光二极管。
2.7读卡器电路：
L81和C81串C82构成LC谐振回路，频率为Fosc=1/2π√￣L￣C
约为11MHZ。
由于R83的存在，回路Q值不高。
C81、C82分压正反馈，形成电容三点式振荡器。
当IC卡内的10.56MHZ谐振回路接近L81时，由于振荡牵引作用，振荡频率由11MHZ降低向10.56MHZ靠近。
频率→10.9→10.8→10.7→10.6→10.56。
Z81为调频机的陶瓷滤波（带宽280KHZ）（S2A10带宽230KHZ也可用，效果不如A5）器，谐振频率10.7MHZ。
型号LT10.7MA5A10当无IC卡时，Z81输入100～200mV，输出10～20mV有无IC卡时，Z81输入不变频率降低，输出50～100mV甚至更高。
用金属片接近L81时，线圈电感降低，振荡频率升高。
振
升级会员 