电子门卫系统之进出人员计数器

1、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）对通过门禁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）当人次计数器达到99

2、90-9999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一一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通过门禁系统人员的进出、出去和 逗留人数的统计和显示的综合性电路。一个能够正常应用到实际环境中的电 路，应该能正确判断人员是进去还是出去，并且对逗留人数进行准确的计算及 显示。本人本次课程设计的思路如下：（1）传感器部分：在门禁初顺次安装两个传感器 A、B，每当有人顺序通 过AB或BA时，通过光敏二极管及配套元件将光信号转化为电信号传给整个 电路，使电路开始工作。（2）触发其部分：利用JK触发器，将人通过门禁系统的

3、电信号转化为CP 脉冲，从而驱动进入人员计数器、出去人员计数器及逗留人员计数器等其他部 分工作。（3）计数器部分：将计数器分为两部分，一个是同步加法计数器 74LS160N，对进入及出去人员分别进行统计。一个是可逆计数器74LS192D， 将进出人员信号分别输入到计数器中，通过计算得出逗留人员数目。（4）译码及显示部分：利用译码器将计数器将输出结果通过译码器4511BD 及七段数码显示管译码显示。（5）报警部分：每当逗留人员达到800时，计数器输出信号与555多谐振 荡器震荡器产生的脉冲信号通过与门输出信号，使喇叭发声起到报警作用。（6）发挥部分：当人次计数器达到9990-9999时，发出溢出

4、报警信号； 有人经过A （或B）但没有继续前进又退出一一即连续且只经过两次A （或 B）时，应实现当人员顺序经过传感器A、B时应由传感器B发出控制进入人 数计数器工作的CP脉冲；当人员顺序经过传感器B、A时应由传感器A发出 控制进入人数计数器工作的CP脉冲。当进入人数计数器达到9990时应发出CP 脉冲信号激活溢出报警电路。基于以上思路，如若完成本次设计，则必须要精确设计好能识别人员进、出 的CP脉冲，做到当人员进入房间时，只驱动进入人员计数器和逗留人员计数 器，当人员出房间时，只驱动出去人员计数器和逗留人员计数器。并且能够准 确做到当逗留人数达到800时进行报警。本次课题在解决这些问题时，两

5、个JK 触发器起到了很关键的作用，加法计数器和可逆计数器起到了核心作用，通过 计数器正确反映该门卫系统是否正常。3设计方框图此系统即电子门卫系统之进出人员计数器，它的设计主要分为三部分外加 一些发挥部分的电路及元器件，三部分分别是：传感器触发电路、进出人员计 数器、逗留人员计数器，发挥部分的电路设计主要还是报警用的。其具体的流 程方框图如图所示：4各部分电路及参数计算4.1传感器电路部分4.1.1传感器电路图4.1.1图4.1.1传感器原理图4.1.2传感器工作原理此电路是作为一个把人员进、出动作转化为电信号的转换工具，采用的是 光电耦合的原理。正常状态下输出为低电位，当有人进或出时，经过传感

6、器挡 住二极管的发光，这是输出为高电位。上图为传感器的原理图。4.2触发器电路部分4.2.1触发器电路u.n=JU1AU34Au.n=J图4.2.1触发器工作接线图u.n=JU1AU34Au.n=J图4.2.1触发器工作接线图4.2.2触发器工作原理此电路是CP脉冲发生电路，其主体是两个JK触发器，其触发器1的J和 触发器2的CP是由传感器A控制；触发器1的CP和触发器2的J是由传感器 B控制。其A、B分别接在传感器A、B的输出端，常态下为高电平，E端接 往进人员计数器的CP端F端接往逗留人数可逆计数器的CPu端（即此时为加 记数），C端接往出人员计数器的CP端，D接往逗留人数可逆计数器的CP

7、D端 （即此时为减记数）。此电路不仅能实现基本要求2的功能还能同时达到发挥部 分2的要求。现以人员顺序经过A、B时的波形分析来说明以上观点:11CPCP1从以上波形图可知当人在顺序经过A、B时，只有触发器1能发出有效CP 波形，而触发器1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就不会有CP1，自然也就不回 有O的输出波形，这就成功的解决了发挥部分（2）所提出的问题。4.3计数器电路部分4.3.1加法计数器电路;$与Q - ,WT商 Y英3*目Q ;$与Q - ,WT商 Y英3*目Q -. Y任3WT CFYOT-图4.3.1计数器接线图4

8、.3.2加法计数器74LS160工作原理进入人员统计器与出去人员计数器的工作原理相同，它们分别由4个74LS160十进制加法器级联组成四位十进制加法计数器。当CLK输入一个高电 平时74LS160计一次数，直到加法计数器达到最大值（1001）时，进位端RCO 输出一个低电位，然后传给下一个74LS160作为CLK输入信号，下一个74LS160计一位数。后面的级联同理。4.3.3可逆计数器74LS192D电路图4.3.2可逆计数器接线图图4.3.2可逆计数器接线图4.3.4可逆计数器74LS192D工作原理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。

9、在这个电路中可逆计数器有两个CP控制端，分别为UP和 DOWN。当UP有脉冲输入时，此计数器为加计数工作，所以如上图所示UP与 Q1相连；当DOWN脉冲输入时，此计数器为减加计数工作，所以如上图所示 DOWN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UP相连就构成了进位输入，BO与DOWN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显示电路 4.4.1显示电路部分图4.4.1显示器、译码器接线图4.4.2显示部分功能介绍七段显示译码电路由半导体晶体管（LED），限流电阻R和4511BD七段显 示译码器构成。管脚DA、DB、DC、DD为4511B

10、D的数据输入脚，接收计数 器传递的数值，然后通过半导体（LED）显示出来，其中R在电路中起限流作 用，用来保护半导体晶体管不被烧毁。功能表如下表所示。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4.5报警器电路4.5.1报警器电路图74F08NFIn项4.5报警器电路4.5.1报警器电路图74F08NFIn项F111TirnBrBUZZER2kHz图4.5.1报警器电路图4.5.2报警

11、器工作原理报警器是当逗留人数达到800时报警。报警器有一个多谐振荡器组成。在报警电路之前设置一个与门，因为多谐振荡器产生的是脉冲信号。所以 当逗留人员达到800时，将有一个高电平信号输入与门给报警器，使报警器工 作。当振荡器接通电源后，电容C被充电，2脚电平上升，当其上升到2/3Vcc 时，触发器被复位，同时放点BJTT导通，此时3脚为低电平，电容C通过R2 和T放电，使2脚端电压下降。当其下降到1/3Vcc时触发器又被置位，3脚翻 转为高电平。电容C放电所需时间为：tpL=R2Cln2=0.7R2C当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，2脚电压 又1/3Vcc上升到2

12、/3Vcc所需要的时间为：TpH=(R1+R2)Cln=0.7(R1+R2)C当2脚上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就 得到一个周期性的方波，其频率为：f=1/(tp1+tp2)=1.43/(R1+2R2)C所以，报警器报警时声响是蜂鸣的。5工作过程分析为了完成电子门卫系统之进出人员计数器课程设计题目，整体工作过程和 分析分为下面几步：传感器部分此传感器电路能将人员进出房间的动作，转化为电信号送入主电路中， 并作为控制整个电路工作的总开关。触发器电路此触发器是将传感器送来的信号进行智能分析，能区别出人员的进出， 和是否真的进入或出去房间，并向不同的计数器发出CP脉

13、冲，控制其 工作。计数器电路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译码显示电路此电路是将计数器传来的信号，送到七段译码显示器译码，通过七位 LED七段显示器显示出来。报警电路此报警电路是在进如人员和逗留人员达到警报人限时自动识别报警信 号，并适时发出报警。6.元器件清单序号元件名称型号数量1曰二职 显示器112译码器4511BD113加法计数器74LS160N84可逆计数器74LS192D35JK触发器74109N26555计时器555VIRTUAL27二输入与门7408NVHDL28六输入与门19蜂鸣器BUZZER210七脚电阻排PRACK1111

14、电阻1012发光二级管213光敏三极管214电容415开关67.主要元器件介绍7.1译码器4511BD7.1.1功能介绍CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD码一七段码 译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。译码是编码的逆过程，它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来，实现姨 妈的逻辑电路称为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系，4511BD 是输入低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。表7-1列 出了 4511BD的真值表，表示了它与数码管的关系。7.1.2

15、功能表十进制数或功 能输入车俞出LE非BL非LTD3D2D1D0abcdefg0LHHLLLLHHHHHHL1LHHLLLHLHHLLLL2LHHLLHLHHLHHLH3LHHLLHHHHHHLLH4LHHLHLLLHHLLHH5LHHLHLHHLHHLHH6LHHLHHLLLHHHHH7LHHLHHHHHHLLLL8LHHHLLLHHHHHHH9LHHHLLHHHHHLHH10LHHHLHLLLLLLLL11LHHHLHHLLLLLLL12LHHHHLLLLLLLLL13LHHHHLHLLLLLLL14LHHHHHLLLLLLLL15LHHHHHHLLLLLLL灯测试XXLXXXXHHHHH

16、HH灭灯XLHXXXXLLLLLLL锁存HHHXXXX*图7.1.1 4511BD功能表7.1.3管脚功能介绍BI： 4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段 数码管均处于熄灭(消隐)状态，不显示数字。LT： 3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE:锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持 状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有

17、效。7.2 74LS160集成十进制同步加法计数器7.2.1功能介绍74LS160是一个4为二进制的计数器，它具有异步清除端，与同步清除端 不同的是，他不受时钟脉冲的控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等 下一个计数脉冲的有效沿到来。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功 能。74LS160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿 作用下，输出端Q0Q3与数据输入端P0-P3 一致。74LS 160的计数是同步 的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在 CP上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的

18、计数尖 峰。74LS 160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端(TC)输出一个 高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，其可级 联成N位同步计数器。7.2.2功能表MR CP CEP CET PE DH ON TC0XXK XX00Reset (clear)1X :k ri001X ;K IhtE1h 11hXcourt1( :k hXQiHoy 施 nothin 1X 1hXD图 7.2.174LS160 功能7.3 74LS192D十进制可逆计数器7.3.1功能介绍74LS92的清除端是异步的。当清除端（MR ）为高电平时，不管时钟端 （UP、DOWN）状态如何

19、，即可完成清除功能。192的预置是异步的。当置入控 制端（LOAD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可 预置成与数据 输入端（P0P3 ）相一致的状态。74LS192的计数是同步的，靠UP、DOWN同时加在4个触发器上而实现。 在UP、DOWN上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现 的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用UP或DOWN，此时另一个时 钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（CO）输出一个低电平脉冲，其 宽度为UP低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（BO）输 出一个低电平脉冲，其宽度为UP低电平部分的低电平脉冲。当

20、把T C和T C分别连接后一级的CP、CP，即可进行级联7.3.2功能表输入输出说明CR LD CP+ CP- D 3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q01乂乂X X X X X0 0 XX d3 d2 dl d000上升沿1 XXXX0 1 11 X X X X011上升沿XXXX0 0 0 0d3 d2 d1 d0十进制加计数保持十进制减计数异步清0异步置数CO=CP+ Q3 Q0BO=CP- Q3 Q2 Q1 Q0图 7.3.174LS192D 功能表BO借位输出端CO进位输出端（低电平有效）DOWN 减计数时钟输入端（上升沿有效）UP加计数时钟输入端（上升沿有效）LR异步清除端LO

21、AD异步并行置入控制端（低电平有效）QA-QD 输出端7.4 JK 触发器 74109N7.4.1功能表INPUTSOUTPUTSPRECLRCLKJK 1OQLKXXHLHIXXXLHLLXXXHtHtHIfI!LHKfwL施gl 土 VCC,VL2上时,C1=0,C2=1,基本 RS 被置 0. T 导通,V0=0. HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 321,VL1v 土 VCC,VL2v 上时,C1=1,C2=0,基本 RS 被置 1,T 截止,V0=1.33 HYPERLINK l bookmark83 o Current Docume

22、nt 21VL1v2VCC,VL2i时,基本RS,R=1,S=1,触发器状态不变，电路也保持原状33态不变.7.6.2功能表+J输入4+J输出u阀值输入P 4 Acc+JJ4Vcc*J触发输入尸X+J妃Vcw对Vcw3 W-JW-复位4服IPN输出p0服不变q放电管m导通N导通-不业Q图7.6.1 555真值表7.7逻辑电路与门7.7.1功能介绍与门又称“与电路”。执行“与”运算的基本门电路。有几个输入端， 只有一个输出端。当所有的输入 同时为“1”电平时，输出才为“1”电 平，否则输出为“0”电平。逻辑符号：咨I 7.7.2真值表ABZ000010100111图7.7.2与门真值表课程设计总

23、结光阴似箭，转眼间一周的电子课程设计告一段落，在这周紧张而又充实的 学习中，我深深的感到时间的宝贵。我将自己的题目顺利的完成了。我认为我 尽力了，发挥出了自己的水平，感受到由理论到实践的使用过程。将近一年的电子技术课就要以这一周电子技术课程设计的结束而结束了。 我很感谢曲老师在这一年时间的孜孜教诲，在这一周里循循善诱的指导，同时 也感谢同学们对我的帮助。在这一周里，让我体验到什么是紧迫，什么是效 率，什么是高强度的训练。自从接到课设任务书以后，我就开始了紧张的准备 工作。课程题目是45人一组，这样分组有一个好处，就是做同一个课题大家 可以互相帮助。但同样也有弊端，那就是容易出现雷同。为了防止雷

24、同的发 生。在准备课设时，由组长组织我们开了很多次会，大家把找到的资料都拿出 来，分类列表，然后由组长向我们每人分配器件。这样就可以防止我们做的课 题出现雷同。经过了系统的分配，我们每人都有了一套自己的思路。利用周末 的两天时间，我们把方框图和原理图都画了出来，周一老师检查图纸并指出错 误。我们知道了我们的课题相较其他组还是简单一点的。所以这更加鼓舞了我 们把这个课题做好的信心。经过了老师的检查和改错，我们又利用一天时间动手把接线图的草图绘制出 来，我们一组同学在一起一同研究，一起讨论。教学楼、自习室都留下我们的 身影。有时甚至就在食堂里并个桌讨论起来。草图绘制完毕，我们就开始着手 准备答辩。因为事先的分工明确和组长的讲解，我们准备起答辩来简单了很 多。因为准备充分，基本图纸上出现的所有问题我们都在一起研究过了，所以 我很轻松的通过了周四的答辩。这与我们共同的努力是分不开的。在这次设计过程中所得到的体会，在过去是没有过的，在书本是也是无法 找到的。所以，我十分珍惜和留恋这次的课程设计。我认为这种形式有效的锻 炼了我们独立解决问题的能力。我们重新熟悉了数字电子这一学期以来说学到 的各种内容，并向知识结构的更深层次迈进，对各种器件的多方面应用扩展进行 了研究.这让我们的思维跟加活跃，也对