电子门卫系统之进出人员计数器5.docx
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电子门卫系统之进出人员计数器5
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：
电子门卫系统之进出人员计数器
系别自动控制工程系班级自本082
学生姓名秦晓宇/刘泓杨/李慧/张哲慧
王晶/孟楠/赵莹/杨茜/汪训繁
学号01/02/03/04/05/06/07/08/09
指导教师张玉梅/曲延华职称讲师/讲师
课程设计进行地点：
实训F103
任务下达时间：
2010年7月2日
起止日期：
2010年7月5日起——至2010年7月9日止
教研室主任秦宏2010年6月28日批准
电子门卫系统之进出人员计数器
1设计主要内容及要求
1.1设计目的：
（1）掌握电子门卫系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2基本要求
（1）对通过门禁系统进出的人员数目进行技术显示，从0-9999；
（2）门禁系统里，外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人士进入还是出去。
（3）要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面逗留的人员人数。
（4）当逗留人员超限时报警（比如500人）。
1.3发挥部分
（1）当人员计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；
（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出——即连续且只经过两次A或B的情况如何处理？
（3）其他
2设计过程及论文的基本要求：
2.1设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。
项目齐全、不许涂改，不少于3000字。
图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2010.7.05
讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图
2
2010.7.06
检查框图及初步逻辑图完成情况，讲解及纠正错误
3
2010.7.07
检查及改正逻辑图；讲解印刷电路板图绘制及报告书写
4
2010.7.08
继续修正逻辑图，指导印刷电路板图绘制方法，布置答辩
5
2010.7.09
答辩、写报告
2010-7-2
沈阳工程学院
数字电子技术课程设计成绩评定表
系（部）：
自动控制工程系班级：
自本082学生姓名：
王晶
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
本次课程设计的题目为电子门卫系统之进出人员计数器。
此计数器主要是对进出、逗留在图书馆里人员数目进行时刻的智能统计并显示出来。
当进入人员和逗留人员达到一定的数目时要求系统能自动报警。
电路中分别包括光电传感系统、计数系统、报警系统。
光电传感系统由发光二极管、三极管、电阻构成。
分别在门内外装有发光二极管，人员的走到可以控制二极管的亮暗，即可转化为电信号送入主电路中去，使整个系统开始工作
计数统计电路中分为进人员计数器，出人员计数器和逗留人员加减可逆计数器。
所谓智能控制的关键是在于设计一个合适的CP脉冲在人员进入只驱动进人员计数器工作和逗留人员计数器加计数工作；在人员出去时只驱动出人员计数器工作和逗留人员计数器减计数工作。
在此报告中采用两个JK触发器解决此问题，而JK触发器的信号输入端是由传感系统传入的信号进而工作。
报警系统，电路中没有运用采用常见的555，而是巧妙的采用一个与非门、JK触发器、三极管和发光二极管来实现的。
当进入人员和逗留人员分别超出一定的数目，此时二极管发光报警。
关键词光电传感系统，计数系统，报警系统
目录
课程设计任务书…………………………………………………………………………………I
课程设计成绩评定表III
中文摘要IV
1设计任务描述1
1.1设计题目1
1.2设计要求1
1.2.1设计目的1
1.2.2基本要求1
1.2.3发挥部分1
2设计思路2
3设计方框图3
4各部分电路设计及参数计算4
4.1传感识别脉冲发生电路4
4.2进、出人员计数电路6
4.3逗留人员可逆计数电路7
4.4译码显示器电路8
4.5溢出报警电路和超限报警10
5工作过程分析11
6元器件清单12
7主要元器件介绍13
7.17447译码器13
7.2二-五-十进制计数器7429015
7.3十进制可逆计数器7419216
7.4带置位、清零的双JK触发器7411217
7.5八输入与非门743018
小结19
致谢20
参考文献21
附录A1逻辑电路图22
附录A2实际接线图23
1设计任务描述
1.1设计题目：
电子门卫系统之进出人员计数器
1.2设计要求
1.2.1设计目的
（1）掌握电子门卫系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（1）对通过图书馆前门系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；
（2）门禁系统里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人士进入还是出去：
（3）要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面还逗留的人员人数；
（4）当逗留人数超限时报警（比如500人）
1.2.3发挥部分
（1）当人数计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；
（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出——即连续且只经过两次A（或B）的情况如何处理？
2设计思路
电子门卫系统之进出人员计数器是一个对进出以及逗留人员计数的系统。
通过分析功能，首先我构造出这个系统的基本构架，传感系统和计数系统。
用11个LED显示器从1-11表示进入人员（0—4）记0000-9999，出去人员（5--8）记0000-9999和逗留（9--11）记000-999。
用计数器（1--8）和加减计数器（9--11）驱动译码器（1--11）实现。
以上是计数系统。
计数系统的脉冲需要传感系统的信号，所以接下来的工作是需要传感器。
基于设计简单和经济效益的缘故，在传感器方面我选择了普遍运用的发光二极管来实现。
二极管在初始的状态下是亮的，但当有人经过时挡住亮光，这一现象便给了我启发，可以将二极管、电阻、三极管合理的接在一起，用二极管的亮暗控制这一小部分电路，实现输出脉冲。
脉冲出来给给触发器，触发器的两端可以接进出人员计数器和加减计数器，平时接触较多的是JK触发器和D触发器，在这两者中我选择了JK触发器，通过合理的接线不仅能实现基本的电路功能还可以将发挥的第二部分一起实现，详细解释参照后面的电路分析。
基本电路已经接好，还需要报警部分，报警器我没有才用常见的555报警器，而是自己设计的，用与非门、JK触发器、发光二极管和三极管实现的。
当进入人员和逗留人员分别超出上限，开始报警。
为了实现以上的构想，具体设计思路如下
1首先利用安装在门禁系统的门外、门内的A，B两个传感器将人员的进出动作转化为电信号送入JK触发器中去，我采用光电技术来实现。
2其次利用JK触发器将人员进信号转为CP（↓）脉冲驱动进入人数计数器（1--4）工作和CP（↑）脉冲驱动逗留人数加减计数器（9—12）进行加计数工作并译码显示进入（1—4）和逗留（9--11）。
3在利用JK触发器将人员出信号转为CP（↓）脉冲驱动出去人数计数器（5--8）工作和CP（↑）脉冲驱动逗留人数加减计数器（9—12）进行减计数工作并译码显示出去（5--8）和逗留（9--11）。
4当逗留人数超限时报警，报警器用与非门与，JK触发器与发光二极管来实现，当逗留（9--11）超过一定人数时报警（我设计超过880人后报警）。
5最后为实现发挥部分的要求，在这里还应实现当人员顺序经过传感器A、B时应由传感器A发出控制JK触发器（进入）工作的CP（↓）脉冲,之后B发出控制J的脉冲；当人员顺序经过传感器B、A时应由传感器B发出控制JK触发器（出去）的CP（↓）脉冲，之后A发出控制J的脉冲。
6当进入人数计数器达到9990和逗留人数计数器达到880时应分别发出CP脉冲信
激活溢出报警电路和超限报警电路。
详细的电路控制在下文有介绍。
3设计方框图
逗留人员显示器
进入人员
显示器
出去人员
显示器
进入人员
译码器
逗留人员
译码器
出去人员
译码器
逗留人数
加减可逆计数器
进入人员
计数器
出去人员
计数器
触发器
B
触发器
A
9990人员预置报警电路
880人员超限报警电路
传感器
B
传感器
A
4各部分电路设计及参数计算
4.1传感识别脉冲发生电路
图4.1.1
此电路是做为一个把人员进、出动作转为电信号并且判断是进入还是出去同时控制计数器工作。
A与B传感器采用的是光电导通的原理。
正常状态下，发光二极管发光使VT导通，输出端电压为低电位；当有人进或出使会经过传感器挡住二极管的发光，此时VT截止，阻值就会接近于无穷大，这时输出端为高电位。
两个JK触发器是这段电路的主体，其触发器1的CP和触发器2的J是由传感器A控制.触发器1的J和触发器2的CP是由传感器B控制。
其传感器A、B的输出端常态下为低电平，Q1端接往进人员计数器的CP端。
1与R1连接并接往逗留人数可逆计数器的CPU端（即此时为加记数），Q2端接往出人员计数器的CP端，
2与R2连接并接往逗留人数可逆计数器的CPD端（即此时为减记数）。
此电路不仅能实现基本要求的功能还能同时达到发挥2的要求
图4.1.2
从以上波形图可知当人在顺序经过A、B时，触发器A、B能发出有效CP波形与J脉冲，而这正是进人员计数器和逗留人员加计数器的驱动，且此时若人员只是多次重复经过传感器A而未经过传感器B，Q就不会产生CP1，自然也就不会有
的输出波形，这就成功的解决了发挥部分2所提出的问题。
当人经过B、A产生对出去人员计算器与逗留人员减计数器的驱动。
4.2进、出人员计数电路
图4.2.1
上图所示为进人员计数电路，此电路的主体是74LS290既二--五十进制计数器，正常计数工作时其置零、置九端都是高有效，故应接低电平。
图中的Q1端接往传感器A的输出端。
其自身的CPB端和QA端相连就构成了自身的十进制，当低位计数器的QD端和高位计数器的CPA端相连时就构成了两个计数器之间的十进制，下面以QD的输出波形来分析此计数器的进位过程。
图4.2.2
如波形图所示，当低位计数器完成一次十进制的计数时其QD端自然会形成一个CP脉冲波形，这样当这个波形送到高位计数器的CP端后就成功的完成了进位。
出人员计数电路的工作原理同上。
4.3逗留人员可逆计数电路
图4.3.1
此电路的功能是随时显示逗留在房间内的人数，其主体是一个十进制的可逆计数器
74LS192。
在这个电路中可逆计数器有两个CP控制端，分别为CPU和CPD。
当CPU有脉冲输入时，此计数器为加计数工作，所以如上图所示CPU与Q1相连；当CPD有脉冲输入时，此计数器为减加计数工作，所以如上图所示CPD与Q2相连。
此计数器之间还可以构成进位输入和借位输出。
如上图所示CO与CPU相连就构成了进位输入，BO与CPD相连就构成了借位输出，这样此电路就完成了可逆计数的功能。
4.4译码显示器电路
图4.4.1
电路的数字显示部分是由7447七段显示译码器构成的。
工作时各使能端都必须接高电平，显示器是共阳极。
特别要说明的是在显示器与译码器之间的电阻是保护电路的R=330欧姆
7447是七段显示译码驱动器，其输入是BCD码输出是七段显示器的段码。
7447的译码驱动电路如图所示，真值表如下表所示。
一般数字系统中处理和运算结果都是用二进制编码、BCD码或其他编码表示的，要将最终结果通过LED显示器用十进制数显示出来，就需要先用译码器将运算结果转换成段码，当然，要使发光二极管发亮，还需要提供一定的驱动电流，所以，这两种显示器也需要有相应的驱动电路
二进制代码与七位代码之间的对应关系
显示字符
段码abcdefg
0
0000001
1
1001111
2
0010010
3
0000110
4
1001100
5
0100100
6
1100000
7
0001111
8
0000000
9
0001100
灭
1111111
图4.4.2
4.5溢出报警电路和超限报警
图4.5.1
这是一个自己设计的报警电路，由一个与非门，一个JK触发器与一个控制发光二极管工作的电路组成。
平时非门电路输出1，J输入高电平，对JK触发器没产生CP（↓）。
Q发出低电平，发光二极管不工作
当达到溢出报警人数或超限报警人数时，非门电路输出0，产生CP（↓）。
Q发出高电平，使发光二极管电路工作。
要说明的是R为置0端
5工作过程分析
为了完成本次课题，整体工作过程和分析分为下面4步
1光电传感电路。
此传感器A与B电路能将人员进出房间的动作转化为电信号并送入触发器中，并作为控制整个电路工作的总开关。
2判断电路
JK触发器能够为下一阶段的计数提供脉冲并能智能判断人员进入还是出去，使其功能满足基本要求和发挥要求。
此触发器是将传感器送来的信号进行智能分析，能区分出人员的进、出和是否真的进入出去房间，并向不同的计数器发出CP脉冲控制其工作。
3计数统计电路
研究合适计数器，使其适合触发器工作。
此电路能正确接受由触发器送来的的CP脉冲，在此脉冲的作用下计数器能进行正确的工作，并传给译码器使其另显示屏显示。
4报警电路。
此报警电路是当进入人员达9990和逗留人员达880人时报警，在进入人员和逗留人员达到此警报人限时自动识别报警信号，报警信号分别由译码器和可逆计数器端提供，适时发出报警。
6元器件清单
序号
名称
型号
个数（片）
备注
1
译码器
7447
11
共阳极
2
计数器
74290
8
二-五-十进制
3
计数器
74192
3
加减可逆计数
4
触发器
74112
3
下沿边触发
5
与非门
7430
2
八输入
6
显示器
11
共阳极
7主要元器件介绍
7.17447译码器
管脚图
116
8
9
图7.1.1
7447七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阳极显示器。
该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。
7447的功能表如表5.3.4所示，它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：
1.灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。
2.试灯输入LT
当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7447本身及显示器的好坏。
3.动态灭零输入RBI
当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形
熄灭，故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。
4.动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。
当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。
7447功能表
输入
BI/YBR
输出
显示
LI
BIR
D
C
B
A
a
B
c
d
e
f
g
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
X
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
X
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
2
1
X
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
3
1
X
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
4
1
X
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
5
1
X
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
6
1
X
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
7
1
X
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
8
1
X
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
9
X
X
X
X
X
X
0
1
1
1
1
1
1
1
全灭
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
全灭
0
X
X
X
X
X
1
0
0
0
0
0
0
0
全亮
图7.1.2
从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：
LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。
如图所示。
图中7位显示器由7个译码器7447驱动。
各片7447的LT均接高电平，由于第一片的RBI＝0且DCBA＝0000，所以第一片满足灭零条件，无字形显示，同时输出RBO=0；第一片的RBO与第二片的RBI相连，使第二片也满足灭零条件，无显示并输出RBO＝0；同理，第三片的零也熄灭，无显示。
由于第四、五、六、七片译码器的RBI＝1，所以它们都正常译码，按输入BCD码去点亮各段电极。
7.2二-五-十进制计数器74290
管脚图
图7.2.1
74290功能表
复位输入
置位输入
时钟
输出
R0
（1）
R0
（2）
R9
（1）
R9
（2）
CP
QA
QB
QC
QD
H
H
L
X
X
L
L
L
L
H
H
X
L
X
L
L
L
L
X
X
H
H
X
H
L
L
H
L
X
L
X
计数
L
X
X
L
计数
X
L
L
X
计数
X
L
X
L
计数
图7.2.2
CPB与QA相连后组成十进制，CPA输入计数脉冲。
7.3十进制可逆计数器74192
图7.3.1
74192功能表
输入
输出
MR
__
PL
CPU
CPD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
↑
×
×
×
×
减计数
图7.3.2
7.4带置位、清零的双JK触发器74112
管脚图
图7.4.1
74112功能表
输入
输出
输入
输出
S
R
CP
J
K
Q
Q
S
R
CP
J
K
Q
Q
L
H
X
X
X
H
L
H
H
H
L
触发
H
L
X
X
X
L
H
H
H
L
H
不变
L
L
X
X
X
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
↓
L
L
不变
H
H
H
X
X
不变
图7.4.2
7.5八输入与非门7430
管脚图
图7.5.1
八输入与非门功能表
输入
输出
输入
输出
A
B
C
D
E
F
G
H
A
B
C
D
E
F
G
H
L
X
X
X
X
X
X
X
H
X
X
X
X
X
L
X
X
H
X
L
X
X
X
X
X
X
H
X
X
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