毕业设计(论文)红外线电子进出门计数器设计说明书.docx

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：所在院系：机电学院所学专业：电子信息工程导师姓名：完成时间：2010年5月15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2AbstractUsing the infrared emission, 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-interference So stable count accurately. Can be widely used in automobiles record into the number of devices.Key words: LED ， Reversible counter ， Infrared sensors ， Infraredemission drive1 引言 11.1 课题的来源和意义 11.2 国内外 “电子售票员” 现状 11.3 方案论证 11.4 设计制作工作步骤 22 .计数器设计 32.1 总体设计要求 32.2 乘客进出门统计 42.3 5KHZ 红外发射驱动器 62.4 5KHZ 带通滤波器 72.5 可逆计数器 92.6 译码显示电路 112.7 读卡器电路 132.8 买票按钮 143设计与制作 153.1 原理图输入中的问题与解决 153.2 没有封装的元件 ―― 自建封装库 153.3 单面布线中的飞线问题 163.4 调试中的问题 1616 17...17 17结 论 1..8..参考文献 1..9.致谢 20附录 21红外发射、计数检测、刷卡电路总原理图 2111 引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.根据电路的功能要求设计总体结构框图.总体结构框图把系 分为红外高频调制发射、 红外接收、 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 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从总体电路图产生网表 ,检查 NET 网表文件，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 :2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0〜99刷卡—投币/买票人数0〜99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①，出门时，S2先被挡住光，波形为②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①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 = 1,先退出复位状态，这时输 出还是低，3:时钟VS2=1,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VS1 =0,输出低时钟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③信号①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VS1 = 0,对触发器不起作用输出不变还是 低。

5:复位信号VS2 = 0,输出低波形见⑤同理可以推出，信号②作用下，触发器 1输出⑤，触发器2输出④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P 1高电平，在VS1高电平时 期间，VS2从0 1时，U2A D触发器翻转，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，止匕时 VS1超前VS2Q 2输出低脉冲，供减1计数一 Q1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 NE555NE555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，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：4.5V