实验室人数统计课程研究设计甄苗军.docx
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实验室人数统计课程研究设计甄苗军
课程设计大纲
学院名称电气工程及自动化学院
课程名称传感器原理
开课系（或教研室）测控技术与仪器
执笔人甄苗军
审定人
修（制）订日期
山东轻工业学院
课程设计任务书
学院电气工程及自动化学院专业测控技术与仪器
姓名甄苗军班级10—2学号201002051050
题目电子体温计的设计
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
一、设计说明
设计一个利用光线的通断来统计实验室人数的电路。
设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门口时（无论是进入或是走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路。
要求根据光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开实验室，当有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计数。
其电路原理框图如图1所示。
它由光电控制电路，脉冲整形电路，控制逻辑电路，计数器电路，译码显示电路等组成。
图1实验室人数统计电路原理框图
二、技术指标
计数器的最大计数容量为99，并用数码管显示。
三、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．有手动复位（清零）功能。
3．要求计数器每计一个数，发光二极管指示灯闪烁一次（或蜂鸣器响一次）。
4．可选元件：
（1）红外发光二极管和光电三极管（对管）。
（2）集成译码显示电路74LS47或其它；（3）可逆计数器74LS190或者74LS192；（4）LED数码管；（5）555定时器；（6）发光二极管等。
四、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析
五、推荐参考资料
1.谢自美.电子线路设计·实验·测试.[M]武汉：
华中理工大学出版社，2000年
2.阎石.数字电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
3.付家才.电子实验与实践.[M]北京：
高等教育出版社，2004年
完成期限：
自年月日至年月日
指导教师：
系（或教研室）主任：
一、概述
对于现在这个信息高速发展的社会，已经开始更加广泛的用机器代替人力来工作，已达到节省人力资源的目的。
同时使用机器，可以更加高效、少出错，减少了成本付出，可以在相同的时间内获得更多的利润，创造更多的价值。
对于此次要设计的电路----实验室人数统计电路，我认为，它就是一个机器的“看门人”，用来记录出的人数和入的人数以及总人数。
而此次设计的实验室人数统计电路正是体现了这一点。
用红外线感应器来感知有无人出入，根据光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开实验室，然后将感应到的结果经过逻辑电路的处理，即通过计数器的计数和译码器的译码功能，当有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计数，将结果通过显示器反映到眼前。
因此，在信息高速发展、人群日益密集的今天，在一些公共场所安装人数统计器，对于信息管理、资源配制、企业方案的确定等方面有重大的意义。
所以，简易、安全、可靠地人数统计器，在当今社会里，其开发前景是无比广阔的。
二、方案论证
方案一：
方案一工作原理:
本电路由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的计数显示译码功能，即判断人员进入还是离开实验室，当有人进入时计数器进行加计数，有人离开时进行减计数，并能够显示出当前时刻在实验室里的人数，可以显示最大的数字为99。
扩展电路完成手动复位（即计数器清零功能）和光提示功能（即当有人进入或离开时可以发出提示）。
方案一原理框图如图1所示。
图1实验室人数统计电路原理框图一
方案二：
方案二原理：
通过单片机来实现。
将出入门感应传递给单片机，通过单片机来判断人员的进出，并进行加减计数，然后通过数码管实现显示功能，通过蜂鸣器或二极管实现声、光报警功能。
方案二原理框图如图2所示。
图2实验室人数统计电路原理框图二
本设计采用的是方案一。
由于还没有学习过单片机方面的内容，对单片机的具体功能并不了解，故不选用方案二；方案一中涉及的内容较容易实现且电路不复杂，性价比较高，故选用方案一。
三、电路设计
1.控制逻辑部分电路
控制逻辑部分电路如图3所示。
图3开关模拟光电感应的电路图
由于在仿真环境下无法实现光线遮蔽现象，所以感应电路部分用两个开关J1、J2来模拟。
J1开关放置在门外，J2开关放置在门外，J1、J2都处于低电平状态。
当有人进入时，J1、J2依次转换为高电平，人通过后J1、J2又依次恢复低电平；当有人离开时，J2、J1依次转换为高电平，人离开后J2、J1又依次恢复低电平。
根据J1、J2接高电平的顺序，从而实现了判断人员是进入还是离开实验室。
4013的引脚排列图如图4所示。
图44013BP_5V引脚排列图
4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。
每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。
在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。
置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。
4013的一个D有6个端子：
2个输出，4个控制。
4个控制分别是R、S、CP、D。
R和S不能同时为高电平。
当R为1、S为0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。
当S为1、R为0时，输出Q一定为1。
当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。
CD4013的Q1输出接74LS192中U4的UP，Q2输出接74LS192中U5的DOWN。
接线时，Q1、Q2分别接两个二极管，接U2的UP端，接U2的DOWN端。
当有人进入室内时，由于4013的选择作用，Q1输出一个正脉冲，Q2输出低电平，实现加计数。
当有人从室内离开时，由于4013的选择作用，Q2输出一个正脉冲，Q1输出低电平，实现减计数。
下图为判断人员进出的时序逻辑图。
图（a）为进人时的时序逻辑图，图（b）为出人时的时序逻辑图。
（a）有人进入时的时序逻辑图（b）有人离开时的时序逻辑图
图5进出判断时序逻辑图
2.计数译码显示部分电路
计数译码显示部分电路如图6所示。
图6计数译码显示部分电路
74LS192是十进制可预置同步可逆BCD码计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数功能，其引脚排列图如图7所示：
图774LS192引脚排列图
DOWN为减计数脉冲输入，当作减计数操作时UP接高电平。
UP为增计数脉冲输入，当作加计数操作时DOWN接高电平。
BO为借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。
CO为进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。
LOAD为加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。
当LOAD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。
接线时，输出端QDQCQBQA接数码管，BO、CO分别为借位端和进位端，U2的借位端接U3的DOWN，U2的进位端接U3的UP，从而实现十、个二位数计数。
此电路图是显示室内总共有多少人数，即74LS192既实现加计数又实现减计数。
通过此部分电路，实现了室内现有总人数二位数的统计。
以此类推，则可实现更高位数的人数统计，即可满足人次计数的需要，使产品具有更好的销售市场。
3.光提醒部分电路
光提醒部分电路如图8所示。
图8光提示部分电路图
该部分可以实现开关控制，LED1接双D触发器的Q1端，LED2接双D触发器的Q2段。
当有人进入时LED1亮，有人离开时LED2亮，从而起到提示的作用。
四、性能的测试
电路整体性能测试：
电路整体性能测试表如表1所示。
表1电路整体性能测试表
J1（外）
J2（里）
原示数
现示数
LED1
LED2
进
门
1
0
00
01
亮
灭
1
1
01
01
灭
灭
0
0
01
01
灭
灭
出
门
0
1
99
98
灭
亮
1
1
98
98
灭
灭
0
0
98
98
灭
灭
通过开关控制模拟有人进入或离开时，电路能实现加减计数功能，每进一人或出一人，都有灯亮提示，且手动复位功能够起到真正作用。
各个部分功能都得以实现。
电路整体测试图如图9所示。
图9电路整体测试图
当有人进入时示波器显示的波形图如图10所示。
图10进人时示波器显示的波形图
当有人离开时示波器显示的波形图如图11所示。
图11出人时示波器显示的波形图
五、结论
本次课程设计的题目为设计一个实验室人数统计电路。
本次课程设计的电路设计符合任务书中要求的各项任务指标，即当有人通过门口时（无论是进入或是走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路。
根据光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开实验室，当有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计数。
此外，还要实现手动复位功能，计数器每计一个数，指示灯闪烁一次。
电路仿真结果也同样符合要求。
本次课程设计设计的电路使用的元器件比较常见，并且可以充分地利用所学的知识，很好的实现了人数统计的功能，除此之外，电路设计简单，便于理解和使用。
六、性价比
本次课程设计所用到的元器件都比较常见，例如优先编码器74LS192以及元件译码器74LS48、双D触发器CD4013等，价格相对便宜，由此可见，本次课程设计所设计的电路的性价比较高。
七、课设体会及合理化建议
本次课程设计的完满成功，使我认识到自己对知识的不足。
对此，谢谢老师的耐心指导。
通过本次的课程设计，我对数字电子技术的相关知识又有了更深一步的了解，并且学会了怎样运用所学的知识。
刚刚拿到课程设计题目的时候，通过翻阅一些有关的书籍，将我的思路具体化。
但是连接好电路进行仿真的时候，我意识到了理论与实际的差距，在仿真的初期并没有出现我预期的结果，而且多次检验连接电路均未见起色。
后来通过翻阅参考书并且和同学讨论，解决了仿真过程中遇到的问题，得到了正确的仿真结果。
通过这次的课程设计使我了解到，只掌握理论的知识是不够的，课堂上的知识仅仅是理论，而且书本太狭隘，我们以后的学习不应该只局限于书本，局限于理论，必须要通过动手实践、多做实验、多思考把理论和际相结合起来，让所学的知识能在实际当中应用，做到学以致用，把所学的东西具体化，体现出知识的重要。
并且，只有做到了学以致用，才能使我们对知识有更进一步的了解，才能更好的掌握知识。
通过这次的课程设计使我积累了很多的经验，同时也让我了解到了自己在学习上的不足，我会通过以后的学习来弥补这些不足。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
[3]汤山俊夫著.数字电路设计与制作.[M]北京:
科学出版社,2005年
[4]葛汝明主编.电子线路实验与课程设计.[M]山东：
山东大学出版社，2006
[5]康晓明、卫俊玲编著.电路仿真与绘图快速入门教程.[M]北京:
国防工业出版社，2008年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1
双D触发器
4013BP
1
2
U2、U3
加减计数器
74LS192
2
3
U4、U5
译码器
74LS48N
2
4
U6、U7
数码管
SEVEN_SEG_COM_K
2
5
J1、J2、J3
开关
SPDT
3
6
LED1、LED2
发光二极管
LED_blue
2
升级会员 