红外线电子进出门计数器.doc
《红外线电子进出门计数器.doc》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.doc(25页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作河南科技学院2010届本科毕业论文(设计)论文题目:红外线电子进出门计数器的设计学生姓名:吕乐飞所在院系: 机电学院所学专业:电子信息工程导师姓名:陈艳峰完成时间:2010年5月150摘 要本文利用红外线发射、接受模块作计数传感器基于光电检测原理,设计了红外线电子计数器。对于乘客的进出门计数更方便快捷。由于该装置使用了模块化结构及加密、解码技术,解决了抗干扰问题。故工作稳定计数准确。可广泛用于汽车等记录进出门人数的设备。关键词:LED 可逆计数器 红外线传感器 红外线发射驱动器Abstract Using the infrared emis
2、sion, accept module for counting sensor based on the photoelectric detection principle, design of infrared electronic counters. For the passengers into out count more convenient and quick. Because the device using modular structure and encryption, decoding, solve the technical problem. Anti-interfer
3、ence So stable count accurately. Can be widely used in automobiles record into the number of devices. Key words: LED,Reversible counter,Infrared sensors,Infrared emission drive21目 录1引言. . . . .11.1课题的来源和意义. 1 1.2 国内外“电子售票员”现状. . 11.3方案论证. 1 1.4设计制作工作步骤. 2 2.计数器设计. . . .32.1 总体设计要求. . .3 2.2乘客进出门统计.
4、4 2.3 5KHZ 红外发射驱动器.6 2.4 5KHZ带通滤波器. 7 2.5可逆计数器. 9 2.6译码显示电路. 11 2.7读卡器电路.13 2.8买票按钮. 14 3设计与制作. . 153.1原理图输入中的问题与解决. 15 3.2没有封装的元件自建封装库. 153.3单面布线中的飞线问题. 16 3.4调试中的问题. 16 3.4.1 LED缺段问题. 16 3.4.2 进出门计数变反问题. 17 3.4.3 刷卡无动作问题 .17 3.4.4 1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.211 引
5、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
6、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。
7、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
8、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
9、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Protel99 SE 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
10、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
11、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12.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099。刷卡投币/买票人数099。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
12、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,出门时,S2先被挡住光,波形为。 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
13、1,先退出复位状态,这时输出还是低,3:时钟VS21,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VS10,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。信号对触发器1分析如下:1: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。2: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VS10,对触发器不起作用输出不变还是低。
14、5:复位信号VS20,输出低。波形见同理可以推出,信号作用下,触发器1 输出,触发器2 输出。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,U2A D 触发器工作,在VS1 低电平时,复位起作用,U2A 输出Q 1 高电平,在VS1 高电平时期间,VS2从0 1时,U2A D 触发器翻
15、转,Q1输出低电平,Q 1 输出高电平,以供加1计数。U2B D 触发器 直保持复位, Q2 输出低电平,Q 2 输出高电平。反之,出门状态,此时VS1 超前VS2。Q 2 输出低脉冲,供减1计数。,Q 1直输出高电平图7出门波形2.3 5KHZ 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,
16、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:4.5VVcc16V,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脚号脚名功能1GND地5CINTROLOLTAGE控制电压2TRIGGER触发6THERSHOLD阀值3OUTPUT输出7DISCGARGE放电端4RESER复位8VCC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=1/3 Vcc 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
17、+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0.693W71C79时间直到2,6 脚=1/3 Vcc 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=330,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)C790.693W71C7925.6s,C791000PF,R7310k,算得W71=17k,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
18、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56V。说明发射很强。2.4 5KHZ 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67,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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 红外线 电子 进出 计数器
限制150内