光电系统设计方案红外人员检测.docx

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光电系统设计方案红外人员检测

***********

光电系统设计与检测说明书

题目

红外人员检测

系（部>

电子与通信工程系

专业（班级>

10光电1班

姓名

***

学号

********

指导教师

●***********

起止日期

●13年6月3日6月15日

*****课程设计鉴定表

姓名

****

学号

*****

专业

光电信息工程

班级

一

设计题目

红外人员检测系统设计

指导教师

*******

指导教师意见：

评定等级：

教师签名：

日期：

答辩小组意见：

评定等级：

答辩小组长签名：

日期：

教研室意见：

教研室主任签名：

日期：

系<部）意见：

系主任签名：

　日期：

说明

课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；

10级光电系统设计任务

系（部>:

电子与通信工程系专业：

光电指导教师:

孙利平刘莉谭志光谢志宇2018-4-5

课题名称

红外人员检测系统设计

设计内容及要求

1.设计内容<选题范围）：

光电器件及光电检测系统的综合应用

固定题目：

1.1.光电开关测速系统设计；1.2.红外人员检测系统设计；

1.3.声光控延时路灯设计；1.4.Y型光纤微位移传感系统设计；

1.5.太阳光导系统设计；1.6.PSD位移检测系统设计；

1.7.光电准直系统设计；1.8.光电测距系统设计；

自拟题目范围：

1.9.光敏电阻的应用；1.10.光电池的应用<作为检测器件）；

1.11.PIN型或APD光敏二极管的应用；1.12.光电三极管的应用；

1.13.光电耦合器件的应用；1.14.光纤传感器的应用；

1.15.发光器件的应用；

2.设计要求：

2.1.设计中器件及参数自拟，带MCU控制更佳；

2.2.设计中选用光电器件的参数或基本原理说明及相关测试数据分析说明；如果软件中没有所选用的光电器件，可用其他器件代替，但必须在课程设计报告中详细说明其可替代性；

2.3.3人一组；选题或自拟课题报指导老师审查；

2.4.撰写课程设计报告：

格式和内容见课程设计报告电子模板。

设计工作量

1、课题内容：

详见课程设计指导书

2、课程设计提交的资料：

2.1课程设计说明书打印稿及电子文档；

2.2光电器件及其应用电路源文件和实物作品；

进度安排

起止日期<或时间）

设计内容<或预期目标）

备注

6月3日

课题及安排介绍、分组；

收集、查阅资料方案论证、设计工程确定

6月4日~6月12日

利用Proteus或Multisim等软件设计，实物制作

最终设计及调试，作品演示

6月13日

撰写课程设计说明书

教研室

意见

年月日

系<部）主管领导意见

年月日

目录

2、设计原理5

2.1、红外客流计数器5

2.1.1、客流计数器的概念及应用6

2.1.2、WZ1001多功能红外计数器产品介绍6

2.2、红外对射技术7

2.2.1、技术简介7

2.2.2、应用优点7

2.2.3、系统原理8

2.2.4、使用特点及应用8

2.3、元器件介绍9

2.3.1、74LS1929

2.3.2、数码管10

3、设计思路11

4、原理图及程序11

5、总结14

6、参考文献14

摘要：

本次课程设计的题目是红外线人员检测，随着人们生活水平的不断提高，人们越来越追人性化的事物，计数器是不可缺少的必需品。

本文所设计的计数器采用红外线遮光方式，抗干扰性好，可靠性高,可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员数量及人员流通数量。

该产品应用广泛，也可以测量流水线上的产品数量，以及可检查产品有无缺损。

本文介绍了红外计数器的发展前景和现状，设计了一种由数字电路来实现的红外计数器，详细阐述了红外计数器的工作原理和构成，讨论了各模块的实现方法，并对它们进行了严格的理论逻辑推敲和实验测试，以达到设计要求。

它可以解决计数中的增减问题，对任意流水线产品及来往客流自动计数因此，研究计数器及扩大其应用，有着非常现实的意义。

红外技术的内容包含四个主要部分：

红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。

红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。

把各种红外元件、部件构成系统的光学、电子学和精密机械的组成部分。

红外技术在军事上和国民经济中有着广泛的应用。

红外技术有很多应用，例如在夜晚可以用看见物体的红外线来确定物体的位置。

用一个红外线发射器和一个红外线接收器在生产上可以计算商品的数量；军事上可以用来防止敌人侵入,当红外线发射器和接收器被挡住,警报就会响。

在医学上还可以查看人的病情等等。

红外线计数器分为对射式和反射式两种电路。

对射式红外线是一个发射头和一个接收头在中间如有物件通过就遮挡一下光线，输出脉冲信号触发计数电路；反射式红外线是把发射头和接收头做在一块成为一个红外探头，当探头前有一个物件出现就把发射头的红外线反射给接收头，探头输出一个脉冲给计数器计数。

本文所设计的计数器是采用红外线遮光方式，利用红外对射管作计数传感器,当有物体通过时光被遮挡住,接收模块输出一个高电平脉冲,对此脉冲进行计数,就可实现对产品的统计。

基于这种光电检测原理,配合组成集成电路,就可设计对射式红外线计数器。

实践证明,该装置抗干扰能力强,

关键词：

红外对射、单片机、74LS192、4位数码管。

2、设计原理

2.1、红外客流计数器

2.1.1、客流计数器的概念及应用

客流量计数器从字面理解，所谓的客流量计数器就是指统计客流量的机器，他一般安装在通道的两侧，比如商场、超市、连锁店门口，专卖用来统计通过某个通道。

客流量计数器一般采用红外对射技术<后文有详细解释），机器分发射源和接收源，他们分别装在门口两侧，当有人经过时，红外会被阻挡，此时计一人次，以此类推，可以统计每天有多少人经过，从而达到人数计数的原理。

一般的计数器产生的数据会存储在内部芯片中，然后CPU来判定有多少人进出，产生的数据可以通过数据线传输到电脑中，再通过安装在电脑中的软件做分析，供管理者分析，从而产生商业价值。

经过多年的发展，经过北京安吉升科技的工作人员的努力，

生产出无线型计数器，所有数据完全通过无线传输，省去了现场布线的麻烦，同时不需要后期的任何维护[1]

如何提高零售业、文化娱乐等公共场所业的运营管理，客流信息的精准分析统计必然成为每个运营管理者的首要入口。

通过该系统可以随时随地的掌控不同区域的客流信息，从而为日常经营决策的科学性、购物和休闲环境的舒适性、人力资源调配的合理性等提供科学依据。

[1]

客流量计数器主要适用于零售业、文体、娱乐、车站等公共场所。

零售场所：

商场、卖场、连锁店、超市、药店等零售场所。

文体场所：

博物馆、公园、展览馆、图书馆、景区等文化休闲场所。

娱乐场所：

酒吧、公园、电影院、网吧等娱乐场所。

公共场所：

医院、机场、火车站、客运码头等公共场所。

2.1.2、WZ1001多功能红外计数器产品介绍

WZ1001

技术原理：

WZ1001系列多功能型红外客流计数器采用红外光电模糊识别技术、先进的AVRRISC技术，以及红外探测原理的应用，主要包括红外光电发射和接收单元、控制/判断单元、存储单元、报警单元，以及数据传输单元。

控制/判断单元由增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器及其外围电路构成；根据模糊识别算法区分、判断是否有人通过；同时利用DSP时序测定技术，判断人体通过方向。

WZ1001产品功能：

WZ1001系列多功能型红外客流计数器是一款功能强大价格低廉的高性价比电子产品，除必要的辅助功能外，其本身具有以下十四项主要功能：

计数：

记录通过检测区域的进出客流数量。

方向判断：

自动判断通过检测区域客流的进出方向。

记时：

自动记录通过检测区域客流的时间。

多机组网：

具有独立的地址码，多台计数器可以组网。

通讯功能：

可采用RS485无线、RS485有线、TCP/IP、GPRS进行传输。

防死机：

意外死机，设备自动重启。

计数范围：

脱机可存储双向人数0-99999999；联网则无限制。

数据存储：

设备自身带时间戳存储功能，存储器可扩展到4个，掉电保存可达10年之久。

数据加密：

数据加密，确保商业机密安全。

数据纠错：

自动纠正数据错误。

方向设置：

用户依据实际情况设置方向。

安防报警：

用户可根据实际设置客流进/出限制报警，以及安全人数控制报警。

数据显示：

客流信息可以通过后台管理软件进行实时显示，也可以直接通过计数器硬件本身外接

进行实时显示。

故障报警：

设备自身可对长时间遮断光束进行报警，同时对设备断电进行监测，并形成故障日志记录。

系统扩展：

开放式接口程序允许第三方软件或硬件直接采集客人数据。

2.2、红外对射技术

2.2.1、技术简介

红外对射全名叫“主动红外入侵探测器”（Activeinfraredintrusiondetectors>，其基本的构造包括发射端、接收端、光束强度指示灯、光学透镜等。

其侦测原理乃是利用经LED红外光发射二极体发射的脉冲红外线，再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离，由受光器接受。

当红外脉冲射束被遮断时就会发出警报。

红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去之后，在起始路径阶段会形成圆锥体光束，随着发射距离的增加，其理想强度与发射距离呈反平方衰减。

红外对射[1]全名叫“主动红外入侵探测器”（Activeinfraredintrusiondetectors>，其基本的构造包括发射端、接收端、光束强度指示灯、光学透镜等。

其侦测原理乃是利用经LED红外光发射二极体发射的脉冲红外线,再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离,由受光器接受。

当红外脉冲射束被遮断时就会发出警报。

红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去之后，在起始路径阶段会形成圆锥体光束，随着发射距离的增加，其理想强度与发射距离呈反平方衰减。

当物体越过其探测区域时，遮断红外射束而引发警报。

传统型主动红外入侵探测器<附图1），由于只有两光束、三光束、四光束类型，常用于室外围墙报警。

主动红外入侵探测器要选择合适的触发响应时间：

响应时间太短容易引起不必要的干扰，如小鸟飞过，落叶飘过等引发误报警；太长则易形成漏报警。

国家标准GB10408.4——2000主动红外入侵探测器规定≥40ms为报警触发时间，是鉴于传统型主动红外入侵探测器通常安装在传统造型墙头的应用条件。

而针对于安装在地面应用条件，就必须以人员奔跑最高速度10m/s，来确定最短遮光时间。

若人的宽度为20cm，则最短遮断时间为20ms。

以≥20ms的阻断为触发报警，国家标准GB10408.4——2000主动红外入侵探测器规定≤20ms不得报警。

有部分厂家生产采用编码调制技术，制造多光束远距离红外线幕墙产品，主要应用于现代造型墙顶及地面等应用条件。

2.2.2、应用优点

1、采用红外波段的射束，人视觉不可见，具有隐蔽的防卫方式：

使入侵者在不知不觉中触警[2]。

2、传统型主动红外入侵探测器防范面低，易存在盲区或死角。

多光束远距离红外线幕墙产品不存在盲区和死角。

3、完备的防卫能力：

入侵者无法以快速跳跃<能够实现≥20ms触发报警的产品才具有此项功能）、匍伏或其它动作通过隐形红外防卫射束网的防范范围。

4、良好的抗干扰特性：

采用阻断所有红外脉冲编码射束为报警触发条件，当昆虫、落叶或小动物等通过红外防卫射束网时，由于不能完全遮断全部红外脉冲编码射束所以不会产生误报警。

5、严密的防破坏能力：

当红外接收端电源线或信号线被剪断时，报警信号输出电路将自动输出无线报警信号。

6、可全天侯工作。

红外对射探测器执行国家标准GB10408.4——2000主动红外入侵探测器“第4.1.7探测距离b>室外用：

主动红外入侵探测器的最大射束距离应是制造厂规定的探测距离的6倍以上”的规定，以抗御雨、雾、霾、强烈水蒸气、强烈阳光对于射束的衰减，抗御大风<特别是侧向大风）吹而引起射束的偏移等不良天气及气象条件干扰。

1、抗强光达50，000LUX,内置自动调节强光过滤系统,避免受强光或汽车灯光的影响。

2、独特的光学设计：

光电射束可穿透多层玻璃，具有特殊的抗环境能力。

3、全密封防雨、雾、尘、虫等的一体化结构设计，使其能在恶劣的环境中正常工作。

4、接收信号强度多级LED指示灯，使其校准更精密。

5、红外射束遮断周期可调，使其更加灵活、适应性更强。

6、周界探测范围：

由各个型号决定，最大可达距离：

1100m

7、防雷的电路设计。

2.2.3、系统原理

主动红外对射入侵探测器由主动红外发射机和主动红外接收机组成，当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置，叫主动红外入侵探测器。

主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。

主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力

主动红外接收机中的光电传感器通常采用光电二极管、光电三极管、硅光电池、硅雪崩二极管等，按GBl0408．4—2000《入侵探测器第4部分：

主动红外对射入侵探测器》规定：

“探测器在制造厂商规定的探测距离工作时，辐射信号被完全或按给定百分比遮光的持续时间大于40ms时，探测器应产生报警状态。

”为什么要给出一个范围呢?

原因是不同的使用部位可以设定（调节>不同的最短遮光时间，这有益于减少系统的误报警。

主动红外对射发射机所发红外光束定发散角，在GBl0408.4—2000标准中规定：

“室内使用时，发射机与接收机经正确安装和对准，并工作在制造厂商规定的探测距离，辐射能量有75%。

被持久地遮挡时，接收机不应产生报警状态。

”对于室外使用受温度和太阳光的影响，红外光束的灵敏度会有所降低。

为了减少由此引起的误报警，安装使用中应让发射机与接收机轴线重合。

2.2.4、使用特点及应用

1.为了满足在任何环境<主要是天气影响）下都能保证正常、有效地报警，红外对射的探测距离按照理论值的70%计算；

2.红外对射的安装进行交叉安装，以避免产生盲区。

缺点：

飞鸟、动物、温度、光线、空气流动、雾气、雨雪等等环境因素以及安装方式、角度、位置等因素都很容易引发误报。

红外对射应用非常广泛，其中以报警最为普遍，我来说说红外对射在行业软件-称重软件的应用。

称重软件中利用红外对射对过磅车辆不完全上磅进行检测，在地磅的四个边角处分别安装红外探测仪，能够检测车辆的轮胎是否超出地磅的边界，当超出边界时能够及时报警。

该功能应与称重软件实现联动，一旦红外被遮挡，就暂停称重。

2.3、元器件介绍

2.3.1、74LS192

74LS192引脚图：

74LS192功能表：

74LS192同步可逆递增/递减BCD计数器seF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸。

74LS193同步可逆递增/递减四位二进制计数器seF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸。

特点：

电路可进行反馈，而很容易的被级联。

即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。

seF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸。

2.3.2、数码管

数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。

数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元<多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管；

按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM>的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM>的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

结构：

led数码管

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。

位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。

图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。

颜色有红，绿，蓝，黄等几种。

led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。

选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。

下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片

图1这是一个7段两位带小数点10引脚的LED数码管图2引脚定义

每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点.

  LED数码管引脚10引脚的LED数码管

驱动方式

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

静态显示驱动

静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：

），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

动态显示驱动

数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

应用范围：

数码管是显示屏其中一类，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。

由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。

绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。

3、设计思路

本次设计课题为红外人员计数器，但是由于仿真功能有限，仿真图中用即触代替红外对射管，本次设计中共设计两套方案完成人员计数器。

分别是硬件实现和软件实现。

红外人员计数主要用于大型公共场所人员计数，可设计进出口各一个，或者进口出口共用一个，进出口公用一个时，可设计两个红外对管，且称之为管1、管2，在进口处水平间隔放置，当有人进入时先碰管1，后碰管2，有人出时先碰管2，再碰管1，由此达到计数的效果。

本次实际设计中，在计数器中加入了报警装置

该设计可以完善公共场所的防盗系统，由于每天人的进出总和是零，假若在闭门之前发现led灯亮，就可以判断有人进未出。

从而达到防盗的效果!

4、原理图及程序

4.1、Multisim计数器仿真图：

4.2、单片机proteus仿真图：

4.3、源程序：

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitkey2=P1^1。

sbitkey1=P1^0。

sbitkey3=P1^3。

sbitalert=P1^2。

voiddelay（uint>。

voidcheck_key（void>。

voiddisplay（longint>。

voidlook（void>。

ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。

ucharcodetable1[]={0x00,0x0e,0x0d,0x0b,0x07}。

longinti=0。

voidmain（>

{

P3=0x00。

P2=table[0]。

while（1>{

check_key（>。

display（i>。

look（>。

}

}

//显示块

voiddisplay（longinti>

{

uinta,b,c,d。

a=i%10。

b=i/10%10。

c=i/100%10。

d=i/1000。

P3=table1[1]。

P2=table[d]。

delay（10>。

P3=table1[2]。

P2=table[c]。

delay（10>。

P3=table1[3]。

P2=table[b]。

delay（10>。

P3=table1[4]。

P2=table[a]。

delay（10>。

}

//键盘检测

voidcheck_key（void>

{

//加

if（key1==0>

{

delay（10>。

if（key1==0>

{

i++。

if（i==9999>

{

i=0。

}

while（!

key1>display（i>。

}

}

//减

if（key2==0>

{

delay（10>。

if（key2==0>

{

i--。

if（i==-1>

{

i=0。

}

while（!

key2>display（i>。

}

}

//清零

if（key3==0>

{

delay（10>。

if（key3==0>

{

i=0。

}

}

}

//非零提示

voidlook