实验室人数统计课程设计 甄苗军.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流实验室人数统计课程设计 甄苗军.精品文档. 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 102 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。光电电路I数码显示声、光报警电路脉冲整形光电电路II脉冲整形控制逻辑电路加减法可逆计数器显示译码手动复位图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。 光电电路I数码显示声、光报警电路脉冲整形光电电路II脉冲整形控制逻辑电路加减法可逆计数器显示译码手动复位图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。光电电路光电电路脉冲整形脉冲整形单片机显示译码声、光报警 电路图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4 4013BP_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，Q1()接U2的UP端，Q2()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7 74LS192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LED1LED2进门100001亮灭110101灭灭000101灭灭出门019998灭亮119898灭灭009898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，20065 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1U1 双D触发器4013BP12U2、U3加减计数器74LS19223U4、U5译码器74LS48N24U6、U7数码管SEVEN_SEG_COM_K25J1、J2、J3开关SPDT36LED1、LED2发光二极管LED_blue2