当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

红外线自动检测计数装置


毕 业 设 计
论文题目:红外线检测计数显示装置

学 专 年 姓

院:物理科学与工程技术学院 业:电子信息科学与技术 级:09 级 名:张文平

指导教师:邓满兰 职 称:讲师 (2013 年 6 月) 宜春学院教务处制





1.毕业设

计任务书 2.毕业设计开题报告 3.毕业设计答辩资格审查表 4.论文原创性申明 5.论文版权使用授权书 6.毕业设计正文 7.外文资料译文 8.外文资料原文

宜春学院
毕业设计任务书


学 专 班 学 姓

目:红外线检测计数显示装置
院:物理科学与工程技术学院 教研室:电子信息工程 业: 级: 号: 名: 电子信息科学与技术 09 电子技术 0934302142 张文平 2012.11.17—2015.5.18 邓满兰 职称: 李小平 2012.11.18 讲师

起止日期: 指导教师: 教研室主任: 审核日期:





1. 毕业设计(论文)任务书由指导教师填写,并经教研室审定,下 达到学生。 2. 进度表分前、中、后三期由学生填写,每期填写后交指导教师签 署审查意见,并作为毕业论文工作检查的主要依据。 3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告,3 周内提交 给指导教师批阅。 4. 本任务书在毕业设计(论文)完成后,与设计(论文)一起交指 导教师,作为设计(论文)评阅和毕业设计(论文)答辩的主要档案资 料,是学士学位论文成册的主要内容之一。

一、毕业设计(论文)的要求和内容
要求:1.有自动清零功能:进入工作状态前,先手动清零(复位) ,数码管显示“00” ,再 处于等待工作的状态(不是自动复位) 。 2.声响要求:“叮。。当。。,必须是清晰。响亮的双音。 。 。” 3.工作顺序:必须先进入检测、再发出声响,最后累加计数并显示记录结果。彼此 动作连贯,但能分清先后。 4.电源输出用绿色发光管指示,红外接收管输出用黄色发光管指示。 5.计数范围为“0--99” 。

内容:设计模拟纪念馆入口自动计数器,当“游人”进入馆时,须穿过红外检测器。当 有人进入“检测区”时,立即发出清晰、响亮的声响“叮。。当。。,然后计数器 。 。” 自动加 1。这样,可自动统计每天的参观人数。

二、研究方案、目标
研究方案: 1.总体框图

电源部分

检测部分

解码处理部分

显示部分

2.原理: 利用红外反射管作为信号接收器。 当有人通过时, 发出信号,并发出声响。声响部分由 555 芯片和电容组成。将信号输入到由 4518 组成的信号转换电路,转换电路输出的数字信号输入 到由 4511 组成的显示电路,从而实现功能。

目标: 首先明确设计方向,了解该领域国内外的研究状况,明确设计的现实意义。再利用所学的 知识设计出合适的结构电路图,进行必要的仿真、调试。最后选用所需的电子元器件焊接成设 计作品,进行必要的调试,得到符合要求的自动检测计数显示装置。

三、阅读书目清单
[1].王港元.电子电工实践指导.江西科学技术出版社.2003. [2].肖景和.CMOS 数字电路应用 300 例.中国电力出版社.2005. [3].杨欣.电子设计从零开始.清华大学出版社.2010 [4].康华光.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.2005 [5].康华光.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社.2005

四、毕业设计(论文)进度计划 序 号
1

各阶段工作 内容
对查找的资料进 行分析、整理,完成开 题报告和任务书

起止日期
2012.11.17—2013.1.8

备注
提交开题报 告等

2

整理实验数据等 资料,进行论文的总体 设计

2013.1.12—2013.3.12

送论文初稿 指导老师批阅

3

修改论文初稿

2013.3.20—2013.4.20.

送改正后的 论文至指导老师批 阅

4

整理

2013.4.20—2013.5.5

完善论文

5

打印装订论文

2013.5.7—2013.5.18

设计完成

学生主要工作: 1.确定论文题目,查找相关的书籍资料,阅读相关的书籍,搜集 资料。 2.明确研究选题的意义、国内外发展趋势等,完成开题报告及任 务书的撰写

前 (



年 月 日 至 年 月 日)

指导教师审查意见:







学生主要工作: 1.设计论文的大纲,查找国内外研究资料,进行与设计相关的实 验,分析整理实验数据。 2.总结资料和实验,完成论文初稿的撰写。 3.将论文初稿送老师批阅,并进行第一次修改。 4 根据老师的修改意见完成论文的最后修改。 5.将修改后的论文送老师批阅

中 (



年 月 日 至 年 月 日)

指导教师审查意见:







学生主要工作: 1. 整理设计的各种资料。 2. 将整理好的论文装订成册,提交相关文档。

后 (



年 月 日 至 年 月 日)

指导教师审查意见:







五、其他(学生提交) 1.开题报告 1 份 2.外文资料译文 1 份(1000 字以上,并附资料原文) 3.设计(论文)1 份(理科 4000 字以上,文科 6000 字以上)

指 导 教 师: 系负责人: 学生开始执行 任务书日期: 学 生 姓 名 : 送交毕业设计日 期 :

宜春学院
毕业设计开题报告



目:

红外线检测计数显示装置

学 院:物理科学与工程技术学院 系 电子与信息工程 专 业: 电子信息科学与技术 班 级: 09 电子技术 学 号: 0934302142 姓 名: 张文平 指导教师: 邓满兰 填表日期: 2012 年 11 月 26 日

一、 选题的依据及意义 依据:随着经济的高速发展,人们的生活水平也在不断的提高,随着而来的是,人们对事物的
追求从功能化上升到人性化,计算器是生活中必需的生活用品。 在没有电子计数器之前,人们通常采用人工计数的计数方式,这种计数方式准确率低、花费大、工 作效率低,特别是面对大量的计数任务时,人工计数存在非常大的不适用性。这种传统形式的“机 械计数器”已经越来越不能满足现代人们注重“节能” “方便”概念的需求。 因此,高准确率、高稳定性、容易操作、价格低廉的计数器成了广大消费者迫切的需求。红外线电 子计数器正是为了解决这些问题而研制的,其不依赖传统的手工计数,而是借助于红外线感应实习 自动计数功能。红外线电子计数器以其高稳定性、高效率等优点,自从市场出现以来,备受消费者 青睐。被广泛应用于工厂流水线和公共场所出入口的计数系统中,为消费者节省了人力和财力,而 且其体积小、抗干扰性好,非常适合于消费者选购。

意义:本设计题目是江西省 2012 届电子设计现场赛的赛题,设计中对各个模块的具体功能进
行了详细的分析。在设计过程中运用了本科阶段所学的模拟电路、数字电路、protues 仿真软件等 知识,涉及红外传感器、放大器、比较器、显示器、模数转换器等多种电子元器件。通过这次的电 子制作,将课堂所学理论知识应用于实际运用,同时,在制作过程中,遇到了很多课本上没有的知 识,通过学习进一步充实了理论。本设计的设计成果虽然简单,但是却结合了本科阶段的大部分专 业知识,而且产品非常适合于消费者使用,经过进一步的处理,可实现模块化、小巧化。 本设计采用红外线遮光方式,其产品可靠性好,可用于商城、超市、博物馆等进出门的人员计 数及人员流通数量统计。也可用于生产车间流水线上的产品计数。可以说,该作品虽简单,但是用 途广泛。因此,对于计数器及其应用的研究,有着非常高的现实意义和经济价值。

二、研究现状及发展趋势(含文献综述)
电子计数器自上个世纪五十年代初期问世以来,经过六十多年的发展,目前已是“改头换面” 焕然一新,其性能得到不断的完善和改进,生产规模不断扩大,自动化的程度不断提高,其功能 早已超越了早期的只能用于测量和计数,二十参透到了各个测量领域,成为科学研究、生活生产、 军事科技等不可缺少的必需设备。和市场上的其他电子设备一样电子计数器也经历了电子管、晶 体管和集成电路的三个发展阶段。集成电路的应用和发展,电子计数器的稳定性不断提高,其功 耗不断降低,体积越来越小,集成电路发展促进了电子计数器的飞速发展,并获得了广泛的应用。 随着科技的发展,我们有理由相信,电子计数器的各方面性能将得到更多的提高,其应用也将 更加的广泛。

三、本课题研究内容
本毕业设计要求运用常见的电子元件,制作红外线自动检测计数器,其主要内容包括以下几个 方面: 1.电源部分:电源部分要求将 220V 的市电转换成数字电路的电源,同时要设计电源的工作标志 显示灯,还要考虑电源的稳定性行和输出的纯净性。 2.信号接收部分:该部分要求当有”人”经过检测区时,相应的显示灯亮,要求得到稳定的信号, 考虑该部分的灵敏度。 3.信号处理部分:该部分要求见红外接收管得到的信号转换成数字信号。

4.显示部分:该部分要求显示红外接收管接收的“人数” 。

四、本课题研究方法
本课题涉及到模拟、数字电路的理论知识,同时又需要一定的动手制作能力。所以,我们先就 该课题找出总体的框架,画出模块图,再细化各个模块,画出完整的电路图,运用相关的理论知识, 考虑电路的稳定性、安全性,是电路在理论上能够稳定的工作。然后,运用相应的仿真软件,画出 该电路的仿真电路图,并运行该电路,观察实际的情况并改正其中的不足。最后,把电子元器件按 电路图焊接完,并逐步的、分模块的调试,制作成完整的产品。运用的方法有图形法、比较法、实 验法总结归纳法、分析法等。

五、研究目标、主要特色及工作进度
通过本课题的研究,对红外接受管的工作原理、所用芯片的功能及学习方法、模数信号的转换 及所用芯片等有更全面的了解,同时把课堂上所学的理论知识运用于实践,通过实践,更好的理解 理论知识。 工作进步如下: 1.前期:选题、查找相应的资料 2.中前期:对查找的资料进行分析、整理,完成开题报告 3.中后期:整理实验数据等资料,进行论文的写作,并提交初稿 4.对初稿进行修改,提交符合要求的正式论文

六、参考文献
[1].王港元.电子电工实践指导.江西科学技术出版社,2003. [2].肖景和.CMOS 数字电路应用 300 例.中国电力出版社,2005. [3].杨欣.电子设计从零开始.清华大学出版社.2010 [4]. 康华光.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.2005 [5]. 康华光.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社.2005

宜春学院
题 目 学生姓名 设计完成情况 开题报告 检查 内容 外文资料翻译 中、英文摘要 软硬件验收 设计期间考勤情况 学生自查说明

届毕业设计答辩资格审查表
电子信息科 学与技术

学号

累计旷 课时间

学生签名: 年 月 日 指导教师意见(说明是否进行答辩及评定成绩)

成绩

指导教师签名: 年 月 日

宜春学院
论文原创性申明

本人郑重申明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体, 均在文中以明确方式表明。 本人完全意识到本申明的法律责任,其后果由本人承担。

作者签名:

日 期:

论文版权使用授权书

本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定,同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权宜春学院可以将本论文的全部 或部分内容编入数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本论文。

作者签名: 导师签名:

日期: 日期:

红外线检测计数显示装置
宜春学院 物理科学与工程技术学院 电子信息科学与技术 张文平

指导老师:邓满兰

摘要: 随着社会的快速发展,越来越多的公共场所和工厂流水线都需要自动计数。红外线自动检测计 数器以其价格低廉、稳定性高等优点得到了广泛的应用。 本设计基于光电效应原理,运用数字电路、模拟电路有关知识选用红外线发射、接收对管作为 计数模块,设计了直接式红外线自动电子计数器。因该装置使用模块化的设计思想,其稳定性高、 抗干扰性强、价格低廉,非常适合于现在工厂流水线的产品计数和公共场所进出口的汽车、人员出 入自动计数。 关键字:光电效应 红外线自动计数

Abstrac: With the society rapidly developing,more and more public places and factory assembly line use auto-counting system.Infrared auto-counters are widely used ,because of it’s cheap expense and it’s high stability. Thsi design base on the Photoelectric theory,use analog and digital knowledge,chose infrared emission to be the counting part,and then designed the direct infrared auto-counter.Because of this device base on the modular principle,so that it is very stable ,anti-interference and cheap,so it is very suitable for the production counting system and the punlic entrance counting system. Keywords: photoelectric effect Infrared automatic counter

目录 前言 ??????????????????????????????????4 1 课题背 ????????????????????????????????4 2 选题的来源和研究意义 ?????????????????????????4 一.课题分析 ????????????????????????????????4 1 红外线技术及红外线电子计数器简介 ???????????????????4 2 设计任务及要求 ????????????????????????????5 2.1 设计任务 ??????????????????????????????5 2.2 设计要求 ??????????????????????????????5 2.3 计数器设计框架及工作原理 ??????????????????????5 2.4 设计步骤 ??????????????????????????????5 二.红外线检测计数显示装置的设计???????????????????????6 1.电源模块????????????????????????????????6 1.1 模块功能分析 ????????????????????????????6 1.2 设计方案 ??????????????????????????????7 1.3 电源模块设计电路图 ?????????????????????????7 1.4 电源模块工作原理分析 ????????????????????????7 1.5 电路详细说明 ????????????????????????????8 1.5.1 变压器 ??????????????????????????????8 1.5.2 整流滤波电路? ??????????????????????????8 1.5.3 滤波电路 ?????????????????????????????9 1.5.4 稳压电路 ?????????????????????????????9 2 .红外线发射、接收信号发生模块 ?????????????????????9 2.1 模块分析??????????????????????????????9 2.2 模块设计方案 ????????????????????????????10 2.3 各元器件分析 ????????????????????????????10 2.3.1 红外线发射、接收管及其工作原理???????????????????10 2.3.2 LM358???????????????????????????????11 2.3.3 4N35 光耦 ?????????????????????????????11 2.4 模块电路原理图 ???????????????????????????11 2.5 模块电路工作原理 ???????????????????????????11 3. 铃声电路模块??????????????????????????????12 3.1 模块分析 ???????????????????????????????12 3.2 设计方案? ??????????????????????????????12 3.3 555 芯片介绍 ?????????????????????????????12 3.4 模块电路图???????????????????????????????14 3.5 电路工作原理??????????????????????????????14 4.显示模块 ?????????????????????????????????14

4.1 模块分析????????????????????????????? 14 4.2 模块设计图?????????????????????????????15 4.3 元件介绍??????????????????????????????15 4.3.1 CD4518 介绍???????????????????????????15 4.3.2 CD4511 介绍 ???????????????????????????17 4.3.3 数码管介绍 ???????????????????????????19 三.系统调试????????????????????????????????20 1 .软件仿真 ??????????????????????????????20 1.1 Proteus 介绍 ???????????????????????????20 1.2 调试???????????????????????????????21 2. 实物作品仿真????????????????????????????21 四.小结 ???????????????????????????????? 22 五 致谢词?????????????????????????????????22 六 参考文献????????????????????????????????22 七 附录??????????????????????????????????23

前言 1 课题背景
随着经济的高速发展,人们的生活水平也在不断的提高,随着而来的是,人们对事物的追求从 功能化上升到人性化,计算器是生活中必需的生活用品。 在没有电子计数器之前,人们通常采用人工计数的计数方式,这种计数方式准确率低、花费大、 工作效率低, 特别是面对大量的计数任务时, 人工计数存在非常大的不适用性。 这种传统形式的 “机 械计数器”已经越来越不能满足现代人们注重“节能” “方便”概念的需求。 因此,高准确率、高稳定性、容易操作、价格低廉的计数器成了广大消费者迫切的需求。红外 线电子计数器正是为了解决这些问题而研制的,其不依赖传统的手工计数,而是借助于红外线感应 实习自动计数功能。红外线电子计数器以其高稳定性、高效率等优点,自从市场出现以来,备受消 费者青睐。被广泛应用于工厂流水线和公共场所出入口的计数系统中,为消费者节省了人力和财力, 而且其体积小、抗干扰性好,非常适合于消费者选购。

2 选题的来源和研究意义
本设计题目是江西省 2012 届电子设计现场赛的赛题, 设计中对各个模块的具体功能进行了详细 的分析。在设计过程中运用了本科阶段所学的模拟电路、数字电路、protues 仿真软件等知识,涉 及红外传感器、放大器、比较器、显示器、模数转换器等多种电子元器件。通过这次的电子制作, 将课堂所学理论知识应用于实际运用,同时,在制作过程中,遇到了很多课本上没有的知识,通过 学习进一步充实了理论。本设计的设计成果虽然简单,但是却结合了本科阶段的大部分专业知识, 而且产品非常适合于消费者使用,经过进一步的处理,可实现模块化、小巧化。 本设计采用红外线遮光方式,其产品可靠性好,可用于商城、超市、博物馆等进出门的人员计 数及人员流通数量统计。也可用于生产车间流水线上的产品计数。可以说,该作品虽简单,但是用 途广泛。因此,对于计数器及其应用的研究,有着非常高的现实意义和经济价值

一 课题分析 1 红外线技术及红外线电子计数器简介
红外线技术的主要内容包括以下四个方面:红外线辐射的应用、红外线的传播特性、光电效应 和热电效应。红外线计数再军事应用和国民经济生产生活中有很广泛的应用。例如,在生活中可以 运用红外检测来统计物体数目,在军事中可以运用红外线计数来设计防御系统,当有敌人入侵时发 出警报等。红外线电子计数器就是基于红外线计数的典型应用。 红外线电子计数器是基于光电效应应用红外线发射、接收对管作为信号检测模块的一种数字式 光电计数器。目前在各行各业中得到了广泛的使用,这种计数器在工厂的流水线产品计数作业中有 着不可取代的有点。 光电计数器有直接式和反射式两种。直接式的红外线发射、接收管分离在计数去的两侧,中间 没有阻挡时,接收管能收到发射管发射的红外线,当有物体通过时,接收管不能接受到红外线,便 发出一个脉冲信号到累加计数模块。反射式是发射、接收管在一起,放置于计数通道一边,当有物 体通过时,接收管接到由发送管发射,经物体反射来的红外线信号,输出一个脉冲信号到累加模块, 实现信号检测功能。

本设计的计数器是采用直接式,利用利用红外线接收管作为计数传感器,当有物体通过时,接 收模块输出一个脉冲,通过对此脉冲进行计数,就可以实现对物体的数目统计。 2 设计任务及要求 2.1 设计任务 设计一个实现自动光电计数的计数器。具体利用红外发射、接收对管构成时钟信号发生器, CD4518 为二十进制加计数器,CD4511 为译码驱动器的,要求计数范围 0—99,有自动清零功能。 当有物体通过(用纸片代替物体)时,显示器自动加一。

2.2

设计要求

该设计可实现自动计数功能,在电源输入端输入 220V 市电,经变压器及整流滤波稳压后得到 9V 左右的电压。电路分信号发生部分,功能部分和现实部分等。

3 计数器设计框架及工作原理
本设计采用模块化的设计思想。总体分电源模块、信号检测模块、信号处理模块、功能模块、 显示模块五大模块。其具体结构图如下所示:

工作原理:电路利用被测物体对红外线的遮挡,从而检测出是否有物体通过别测区。电源模块 将市电转换成供模块使用的直流电。信号检测模块利用红外发射、接收对管在物体通过检测器时输 出脉冲信号:红外发射管将输入电流在发射管上转换为光信号发出,当有物体通过时,红外线信号 被遮挡,红外接收管的输出电压波形变化一次,即发出一个计数信号。信号经信号处理模块放大滤 波后,输出一个计数脉冲,该脉冲作为现实模块的输入信号。功能模块完成其他需要完成的各种功 能。显示模块将计数结果通过数码管显示出来。

4 设计步骤
1. 2. 分析题目,画出设计思路总体框图,明确设计要求。 选择合适设计方案,画出各个模块的详细电路图。

3. 4.

用 protues 仿真软件将整个电路仿真,修改完善。 选择相应的电子元器件,将整个电路焊接成设计作品并调试,使其符合要求。

以上各步骤都是反复循环进行的,具体的流程图如下所示:



红外线检测计数显示装置的设计

1.电源模块 1.1 模块功能分析
该模块要要具有将市电转换成供数学电路利用的直流电,要求电源稳定、可靠性高,并且输出 电压可调,为其他模块提供电源。

1.2 设计方案

电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器 LM317 稳压器设计, 将市电转变成 1.2V~37V 的直流电。 该设计方案具有过热及保护电路, 使用起来安全性好、 价格低廉, 而且电压可调。焊接过程中应特别注意 LM317 的输入、输出及地端不能接错。组成框图如下:

1.3 电源模块设计电路图

1.4 电源模块工作原理分析
220V 市电经变压器降压、二极管桥式整流、电容 C1 滤波后送入 LM317 的输入端,其输入脚将 输出直流电压。第一脚位调整端,调整端与输出端之间为 1.25V 的基准电压。为了保证稳压器的输 出性能,R1 阻值应小于 240 欧姆。为了使输出电压可调,调整端与地之间接可变电阻 RP1,改变其 电阻即可改变输出电压。输出电压计算公式为: U0=1.25(1+R3/R2) 电路中 C2 用于滤除由市电引入的高频干扰,C1 组成电容滤波电路,C3 用于旁路基准电压的纹 波电压,提高稳压电源的纹波抑制性能。在使用中,若负载为 500—5000PF 的容性负载,稳压器的 输出端会发生自激现象, 电解电容 C4 正是为此而设, 再则可进一步改善输出电压的纹波。 VD1、 VD2 是保护二极管,若输入端发生短路,C4 的放电电流会反向流经 LM317,有可能被冲击损坏,VD2 的 接入可旁路反向冲击电流,是 LM317 得到保护。同理若输出端短路,C1 上的放电电流被 VD1 短路 起到保护作用。

1.5 电路详细说明 1.5.1 变压器
变压器的工作原理:变压器利用电子感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传递信号 的一种电器。其原理图如下:

在本电路中将 220V 交流电压变换成符合需要的低电压,并送给整流电路,变压器的变比由变 压器的副边电压确定。

1.5.2 整流滤波电路
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经过滤波电路滤除较大的纹波部分,输出纹波 较小的直流电压。此电路中采用桥式整流滤波电路:

桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的常用电路,将交流电转变为直流电。桥式整 流是二极管半波整流的一种改进。半波整流是利用二极管的单向导通性质,在输入标准正弦波的情 况下,输出中仅获得了正弦波的正半部分,负半部分则被忽略。桥式整流电路利用四个二极管,两 两对接,输入正弦波的正半部分是其中的两只二极管导通,是输出得到正的输出,输入正弦波的负 半部分时,是另两只导通,因为该两只二极管是反接的,所以输出也是得到正弦波的正半部分。和 半波整流相比,桥式整流电路对输入正弦波的利用率增加了一倍。桥式整流原理图:

1.5.3 滤波电路
滤波电路将整流滤波电路输出电压中的交流部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。经 过滤波,交流成分都经过电容器回到电源中去了,电容两侧的是没有波动的纯直流电了。常用的滤 波电路有无源和有源滤波两大类,无源滤波器主要有电容式、电感式和复式滤波器。本电路中采用 的是电容式滤波电路。

1.5.4 稳压电路
该部分电路功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的有 固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。本电路中采用可调式的 LM317,它的输出电压从 1.25~37V 可调,其芯片内有过热和安全工作区保护,最大输出电流为 1.5A。

2 . 红外线发射、接收信号发生模块

2.1 模块分析

该模块要完成信号的检测功能,当有物体通过检查区时,该模块要输出一个脉冲给累加模块, 从而完成计数功能。要求灵敏度高、可靠性行好、有较强的抗干扰性。

2.2 模块设计方案
采用红外线发射、接收对管接收对管,在物体通过时产生脉冲信号。将脉冲信号经过 LM358 比 较器和放大器,将信号放大。再将此信号输入到光耦 4N35,模块的抗干扰性增强。

2.3 各元器件分析 2.3.1 红外线发射、接收管及其工作原理
实验室中使用的红外发射管外型和普通发光相似,呈无色水晶状,但红外发射管发出的不是可 见光,而是红外线,平时我们肉眼看不见,只有通过专门的检测设备才能观察到。该种管电压压降 一般在 1.4V 左右,相应的工作电流一般在 20mA,其发射的光线有一定的有效距离,其有效距离和 工作时的功率成正比。 红外发射管也是二极管的一种,它可以直接将电信号转换成光信号发生出去。现在市场上主要 用于基于光电效应制成的电子产品(如光电开关) 和基于红外线计数制作的遥控器中。 红外发射管的最大辐射方向是其正前方,使用时注意这一点。其较长的脚为正极,焊接时加热 时间不应过长,以免损坏。

红外线接收管:和红外线发射管相对应,红外接收管是将光信号转换成电信号的一种电子元件。 其内部含有一个采用特殊材料制成的 PN 结, 当接收到红外线照射时,其 PN 结接通,反正则断开。

红外对管工作原理:利用物体通过时对红外线的遮挡,使得接收管中断红外线的接受,产生计 数电压信号 2.3.2 LM358

LM358 芯片内部包括两个高增益、相互独立、具有内部频率补偿作用的放大器,既可以用于单 电源工作模式,也可以用于双电源工作模式。其 8 引脚双列直插式引脚图如下所示:

2.3.3 4N25 光耦
4N25 是一款非常常用的光电耦合器,它里面包含个一个红外发光二极管和一个光电晶体管,当 有电流通过时,发光管接通发光,驱动光点晶体管接通工作。其性能稳定,功耗低,生产中通常用 来阻断信号源和信号接收方的电气连接,提高产品的抗干扰性能。其引脚图如下所示:

2.4 模块电路原理图

2.5 模块电路工作原理
光电变换器有红外发光二极管 LED 与接收管组成。当接收管收到红外发光二极管发射的红外光

时,它便导通,输出高电平。当红外光被经过的物体阻挡时,接收二极管截止,输出低电平。 计数脉冲形成电路有电压比较器、 光耦合器和脉冲整形电路组成。 LM358 组成两级电压比较器, 它们的同向输入端被两个等值的电阻分压为 Vdd/2,作为比较器的参考电压。两级比较器中,第一级 比较器还具有放大作用,第二级为纯比较器。两级比较器的作用一是放大信号,二是滤除干扰,防 止对计数器的吾触发。对第一级比较器,当红外传感器输出的脉冲信号电压小雨参考电压时,输出 端输出高电平。当输入电压大于参考电压时,输出低电平。这时,光耦合器中的发光二极管、光敏 三极管导通,输出低电平,这是红外线传感器在 无物体遮挡时脉冲输出端的输出状态。这样,每当 传感器被遮挡一次,脉冲形成电路便输出一个计数脉冲。

3. 铃声电路模块 3.1 模块分析
该模块要求实现当有物体通过时,发出“叮。 。咚。”的类门铃声,要求声音清脆悦耳,先“叮” 。 , 待“叮”完后再“咚” 。

3.2 设计方案
选用 555 芯片组成振荡电路、扬声器、电容电阻设计延时发声模块

3.3 555 芯片介绍
555 定时器是一种集合了数字、模拟电路于一体的集成电路。其应用非常广泛,既可以用于信 号的产生电路,也可以用于各种检测电路中。 555 有 CMOS 和两双极型两种类型, 它们的工作原理和结构基本相同, 没有本质上的区别。 通 常来说,双极型的驱动能力较强,CMOS 型具有功率低、输入阻抗高等特点。555 芯片的引脚图如下 所以:

555 结构图:

555 定时器的内部电路由分压器、电压比较器、SR 锁存器、三极管以及缓冲器组成。3 个 5K 的电阻 组成分压器,为比较器提高参考电压。比较器 c1 和 c2 的基准电压分别为 2/3Vcc 和 1/3Vcc. 当 Vi1>2Vcc/3,Vi1>Vcc/3 时候,比较器 c1 输出低电平,比较器 c2 输出高电平,简单 SR 锁存器 Q 端 置 0,放电三极管 T 导通,输出地 Vo 为低电平。当 Vi1<2Vcc,Vi2<Vcc/3 时候,比较器 c1 输出高电 平,比较器 c2 输出低电平,简单 SR 锁存器 Q 端置 1,放电三极管 T 截止,输出地 Vo 为高电平。 其功能表如下所示:

本电路中利用 555 芯片组成单稳态触发器。单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号 之前,触发器处于稳定状态,经触发后,触发器由稳定状态翻转为暂稳状态,暂稳状态保持一段时 间后,又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发电路及工作波形如下:

工作原理:接通电源后,未加负脉冲 ,而 C 充电, 上升,当 时,电路 输出为低电平,放电 管 T 导通,C 快速放电, 使 = 0。这样,在加负脉冲前, 为低电平, = 0,这是电路的稳态。在 t = t0 时刻 负跳变( 端电平小于 ),而 = 0(TH 端电平小于 ),所以输出 翻为高电平,T 截止, C 充电。 按指数规律上升。t = t1 时, 负脉冲消失。t = t2 时 上升到 (此时 TH 端电平大于 , 端电平大于 ), 又自动翻为低电平。在 这段时间电路处于暂稳态。t > t2,T 导通,C 快速放电, 电路又恢

3.4 模块电路图

3.5 电路工作原理
图中的 555 芯片构成多谐振荡器。当有计数脉冲到来时,振荡器振荡,振荡频率约 700Hz,扬 声器发出“叮”的声音。同时,电源通过二极管 D2 给 C3 充电,脉冲消去时,C3 便通过电阻 R22 放 电,维持振荡,但是电路的频率已经改变,约为 500Hz,扬声器发出“咚”的声音。直到 C2 上的电 压放到不能维持 555 振荡为此。 “咚”的声音余音长短可以通过改变 c2 的数值来改变。

5. 显示模块

4.1 模块分析
该模块要求采用 CD4518、CD4511、数码管将计数结果无差错的现实出来,要求不漏加、不重 加,计数范围 0~99,自动实现加进位。

4.2 模块设计框图

4.3 元件介绍 4.3.1 CD4518 介绍
4518 是一种同步十进制加计数器,内含两个可互换二、十进制计数器。其引脚图如下:

各引脚功能说明如下: 引脚 19 7 15 2 10 3456 11 12 13 14 8 符号 CLOCK RESET ENABLE Q1A-Q4A Q1B-Q4B VSS 功能 时钟输入端 消除端 计数允许控制端 计数输出端 计数输出端 地

16

VDD

电源正

CD4518 功能图:

CD4518 逻辑图:

CD 4815 时序图: 88884 4518 时序图如下:

4.3.2 CD4511 介绍
CD4511 共阴极七段数码显示管的驱动芯片。具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码和驱 动功能,可直接驱动七段数码显示器。其引脚图如下:

4511 真值图如下

CD4511 与数码管的接法实例:

4.3.3 数码管介绍
七段数码管是一种是半导体材料的发光器件,数码管有七段数码管和八 段数码管两种,, 区别在于八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元,显示小数点位。数码管的基本单元 都是发光二极管。 数码管价格便宜 使用简单,选用的一定的驱动细品对其不同的管脚输入相对的电流,其发 光二极管单元便发亮,从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等需要显示的数字。 数码管广泛极为广泛,特别是家电行业,如热水器、空调、显示屏、冰箱等等。绝大多数 的家电中使用的都是数码管,有些更高级的家电中也使用液晶做现实器。 本电路中使用 CD 4511 作为数码管驱动芯片,应选用共阴极数码管:其引脚定义如下

共引脚数码管编码如下:

4.3.4 模块仿真电路图:

三 系统调试 1 .软件仿真 1.1 Proteus 介绍

Proteus 软件是一款非常优秀的 EDA 工具软件,不仅具有 EDA 软件的仿真工鞥,还能对单片机和 其外围器件进行仿真。被公认为是目前最优秀的外围器件仿真软件。其拥有原理布图、PCB 自动布 线、电路仿真等功能。 Proteus 特点: 1.优秀的电路仿真功能 可以实时采用诸如,键盘,马达,LCD,LED, RAM,ROMAD/DA,部分 IIC 器件等进行电 路仿真 2.仿真处理器及其其外围电路 可直接仿真 51 系列、AVR、PIC、等单片机及去外围电路,还可以仿真 ARM 等常用的微处理器。 3.具有软件调试功能 在仿真可编程电路时,仿真系统具有单步、全速、设置断点等调试功能能,可以观察未处理器 里各个寄存器和变量的值。 4. 具有强大的原理图绘制功能。 5. 具有自动布线功能与 PCB 版设计。 其页面如下所示:

由图中可看出,编辑环境中包括两个窗口: 1. 图形编辑窗口 编辑窗口用于放置元器件,绘制电路原理图。 2. 预览窗口 预览窗口中,有两个框,篮框表示当前页的边界,绿框表示当前编辑窗口显示的区域。

1.2

调试

按电路图在仿真软件上将元器件放好后,将整个电路图划成若干个模块,按模块调试各个 模块的功能 点击左下角的开始仿真按钮,系统开始运行,查看系统的报错情况,将错误修正,重新运 行,知道系统能顺利运行。

3. 实物作品仿真
当电路在 Proteus 中仿真成功后,选择相应的电子元器件进行焊接,焊接完成后,先用多用表检 测电路是否有短路。再用外接电源线测试各个模块,确定无误后,接上电源线,用纸片模拟物品通 过测试区, 如果不能正确计数, 对实物电路进行调试, 直到能够正确计数为止。 计数器可以实现 0—99 之间的计数。

四 小结
本次毕业设计的题目为“红外自动检测计数装置”,本是江西省 2012 届电子设计比赛的题目。 本设计中对其进行了项目的 ,对用到的元器件作了详细的介绍,是在比赛的一个升华。 在这个毕业设计的完成过程中,我运用了课堂上学到的数电、模电等知识,将理论知识应用于 实际之中,同时在完成的过程中遇到了很多书本上没有的知识,在解答这些问题的过程中,也学到 了更多的知识,拓展了自己的知识面,同时通过这次设计,也发现了自己知识的缺乏和薄弱之处, 为以后自己的学习和发展指明了方向。 在解决毕业设计中遇到的新问题的过程中,锻炼了自己的自我学习能力,学到了如何更有效的 解决问题的途径和方法。 本设计中的红外电子自动计数器在日常经济生产中有着广泛的用途,采用遮光方式,其抗干扰 性好、稳定性高。计数范围在 0—99 之间,并且可扩展,数码管清晰显示。

五 谢词
在完成本次毕业设计的过程中,感谢邓满兰老师的的指导和严格要求,将课堂上的理论知识运 用于实际应用,极大的提高了实际操作能力。在完成设计的过程中,邓老师对该论文从选题开始到 最后定稿的各个过程都给与了细心的指引和教导,从设计流程的构思到内容的安排,都给出了专业 的建议。在此,对老师的指导和支持表示衷心感谢。同时,老师严谨的治学态度,渊博的知识,严 谨的学术思维,认真的工作态度以及学为师表、行为世范、诲人不倦的师者风范深深的感染了我, 可以说邓老师是我终生学习的榜样. 感谢余志核院长、李平书记、胡红武书记、李小平主任、彭泽 州辅导员、郝中骐老师、甘桂蓉老师、王永祥老师、袁志强老师、曹国勇老师、易淼老师、胡海霞 老师、袁易军老师、胡振平老师、许小明老师等的谆谆教导。特别感谢肖建辉科长平日对我的言传 身教,感谢父母和同学朋友们的支持。 四年很快就过去了,在学习的过程中,得到了很多像邓老师那样的负责任的好老师的悉心指导 和帮助,不仅学到了很多专业上的知识,还明白了很多做人做事的道理,为以后再社会上的发展奠 定了基础,在此,像所有的老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意! 最后感谢母校四年来对我的培养,为我的大学学习和生活提供一个美好的平台和舒适环境!

六 参考文献
[1].王港元.电子电工实践指导.江西科学技术出版社,2003. [2].肖景和.CMOS 数字电路应用 300 例.中国电力出版社,2005. [3].杨欣.电子设计从零开始.清华大学出版社.2010 [4].康华光.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.2005 [5].康华光.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社.2005 [6].谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社,2003 [7]王港元. 电工电子实践指导[M].第三版.南昌:江西科学技术出版社,2007. [8]朱清慧,张凤蕊,翟天嵩,王志奎. Proteus 教程——电子线路设计、制版与仿真[M].北京:清华大 学出版社,2008.



附录

电子元器件清单

元器件名称 比赛专用万能版 电源线 保险丝及插座 电源变压器 4511 4518 4511 358 4066 1000Uf 电容 220uf 电容 IC 座 103 555 其他常用电阻

单位 个 根 个 个 片 片 片 片 片 只 只 片 个 片 个

数量 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 6 4 1 若干

元器件名称 1K 电阻 2.2K 电阻 10K 电阻 15K 电阻 20K 电阻 56K 电阻 100K 电阻 10M 可调电阻 4007 红外对管 发光二极管 数码管 继电器 扬声器 导线

单位 只 只 只 只 只 只 只 只 只 对 只 个 个 个 米

数量 2 1 1 2 2 1 2 1 4 1 2 2 1 1 若干

模块电路原理图:

实物图:

自动乘客计数器
在车辆上统计乘客的数量是一个独特的挑战:因为我们几乎无法控制光照条件、车辆的振动和 运动。此外,大量的车辆类型构造了广泛多样的车辆环境,我们需要在这样的环境中安装并使用计 数设备。在车辆计数的计数器操作者也需要在道路上和车辆保持一致。多年来,伴随着自动化的数 据传输工具和应用程序的发展,我们已经开发出一种高度准确的 GPS 车辆跟踪系统。我们的自动乘 客计数系统会告诉你,不仅有多少人登上了车,而且还会告诉你他们上车的地点和时间。我们的扩 展系统,甚至可以控制交通灯,提供预防性维护信息并对车速进行分析,给你一个完整的运输系统 的画面,包括排班遵守和载客量。我们的快速和高效的在线报表应用大大提高了数据的可用性,而 无需把时间耗在的软件安装在用户的工作站上。 要计算流量在公共汽车上,我们需要知道两件事情:1.统计上下车的人数。2.得到巴士的确切 位置。要得到上下车乘客的数字,我们在车辆的门上安装传感器。板上微型计算机分析系统,并将 传感器的信号保存在其存储器中。该传感器也可以被连接到现有的机载计算机上 。全球定位系统 (GPS) 在车的停止沿线给出巴士的位置。 该信息也被存储在主板上的微型计算机中。 一旦在车库中, 微型计算机中存储的数据将通过 802.11 局域网或与我们的直流-10 数据采集器被通过任红外调制解 调器转移到一个 PC 型计算机。这个完整的乘客计数系统,甚至可以使用 RS-232,RS-485 和 J-1708 协议与其他总线系统进行数据交换。 自动乘客计数器是以非接触式立体视觉技术为基础的公共汽车或火车自动乘客计数器,它是一 个紧凑的,完全集成的设备。这自动乘客计数器是能够用在火车,电车或巴士乘客进入或离开时以 精度大于 97%的准确率工作。它也有能力记录时间和日期信息,它允许用户在稍后的时间进行统计 分析。 这种自动乘客计数器是专门设计来用于在移动环境中。由于它的形状与前掩码,它允许被安装 在下门道等嵌入位置,变得几乎看不见。自动乘客计数器 PCN-1001 是一个易于安装的设备。 此外,我们提供了一个即插即用的软件接口,我们的车载电脑,如 Zywan,DuraCOR 或太阳神, 完整的集成到我们的全方位服务总线的无线 Ridernet 解决方案上。 光学面板也可以成一定角度,以允许安装在不均匀或不直接上方的预定的检测区域的位置以统 计数目。 自动乘客计数器是一个拥有两个立体相机的自动是设备,立体相机用于捕捉的监测区域的移动 物体图像。依据此信息,然后分析检测区域内的任何对象的高度,形状和方向。 红外乘客计数器配备了四位一体的高亮度红外 LED,这使系统运行在即使是完全黑暗的任何情 况的照明条件下。 由于使用圆兴连接器,它可以和 PCN-1001 网络单元组合在一起,这使用户能够实时的监控车辆 的门。 如果宽度门口大于 120 厘米,两个或多个计数器可以连接在一起。在此配置中,第一单元确知 其他单元存在的情况下,管理任何重叠的范围内的有效检测区域,从而确保该乘客的变动情况得到 正确分析。 在所有配置中,使用一个 RS-485 串行通信总线连接到车辆主机的 PCPCN-1001 单元。 计数器隔离了数字输入和输出,可用于控制车辆内的设备,这将有助于在任何时候都确保计数 器正常工作。例如,当车门关闭时计数器单元停止计数。 自动乘客计数器可以与 Eurotech 的移动计算系统相连接,以创建一个完整的,拥有先进的监视 功能,通信和信息娱乐功能的智能和完全可定制的网络。 该系统所用的方向传感器是 DA-20。 方向传感器 DA-20 系列是专为公交车,轻轨等公共交通车辆统计人数的。它可以检测通过的人 数,并确定乘客的方向。它集成了一个创新的新的电子光学方法。DA-20 系列包含多个传感器阵列 可以覆盖很宽的门。这项技术已全面投入使用和测试。由广泛的客户测试证实,其精度高达 95%以 上。

DA-20 一般是与 DL-10B(单板微机)结合进行,对于每个传感器,通过数百次每秒的计算和分 析,以确定人的数量和方向,并登记的日期,时间,位置等其他数据 DA-20 具有以下优势:结构紧凑,隐蔽式设计、压铸铝外壳、检测区可调、不受通行速度和不 动的乘客的影响、不受光照和温度变化的影响、通过传统的 4 电缆的导体连接易于安装和容易、由 DL-10B(上微机)或现有的机载计算机供电。 技术参数:该传感器通常是放置在车辆门的顶部。对于宽的入口,可以采用多传感器的配 置。它可以检测人的通行方向,然后将其数据发送到上板微型计算机。

Automatic Passenger Counter
Counting passengers in vehicles is a unique challenge: we have little control over light conditions, vibration or movement. Moreover, the high number of vehicle types creates widely varied environments where we need to install working people counting equipment. People counting in vehicles also requires tracking the vehicle on the road. Over the years, we have developed a highly accurate GPS-based vehicle tracking systems accompanied with automated data transfer tools and applications. Our automatic passenger counting system tells you not only how many people boarded the vehicle, but WHERE and WHEN they did. Our extended systems can even control traffic lights, provide preventive maintenance information and conduct a vehicle speed analysis to give you a complete picture of your transit system’s territory, schedule adherence and ridership. Our fast and efficient online report application greatly enhances data availability without requiring time-consuming software installation at the users’ workstations. To count traffic in buses we need to know two things:1.The number of persons boarding and exiting the bus.2.The exact location of the bus stop.To get traffic numbers, we install directional sensors above the vehicle's doors. The on-board microcomputer analyses and saves the sensors’ signals in its memory. The sensors can also be connected to existing on-board computers. Our global positioning system (GPS) antenna gives the location of the bus at it stops along the route. This information is also stored in the on-board microcomputer. Once in the garage, the data stored in the on-board microcomputer is transferred to a PC-type computer via either infrared modems, spread-spectrum modems, 802.11 LAN or with our DC-10 Data-Collector. This complete passenger-counting system can even exchange data with other on-bus systems using RS-232, RS-485 The Automatic Passenger Counter for bus or train is a compact and fully integrated device based on noncontact stereoscopic vision technology. This automatic passenger counter is able to count train, tram or bus passengers entering or leaving with accuracy greater than 97%. It also has the capability to record time and date information, which allows users to make statistical analyses at a later time. This automatic passenger counter is specifically designed to be used in mobile environments. Thanks to its shape with a front mask that allows it to be mounted in an embedded position under doorways, it becomes almost invisible. The automatic passenger counter PCN-1001 is an easy install. Also, we offer a plug and play software interface to our vehicle mounted computers like Zywan, DuraCOR or Helios as well as full integration of passenger count into our full service Bus WiFi Ridernet solution. The optical panel can also be angled to allow for mounting on positions that are uneven or not directly above the intended detection area. The automatic passenger counter is an autonomous device with two stereoscopic cameras, which capture images of the area below the device. Using this information it then analyzes the height, shape and direction of any object within the detection area. The infrared passenger counter comes with four integrated high luminosity infrared LEDs, which enable the system to operate in any kind of lighting condition, even in complete darkness. Thanks to the circular automotive connectors, it is possible to network PCN-1001 units together; this allows users to monitor all the doors within a vehicle in real time. If the width of a doorway is greater than 120 cm, two or more counters can be interfaced together. In this configuration, the first unit recognizes the presence of the others and manages any overlapping areas within the effective detection zone, which ensures that passenger movements are correctly analyzed. In all configurations, an RS-485 serial communications bus is used to interface the PCN-1001 units to the host PC of the vehicle.

Isolated digital inputs and outputs can be used to control devices within the vehicle, which helps to guarantee correct functionality at all times. For example the unit stops counting when the doors of the vehicle are closed. The Automatic Passenger Counter can be interfaced with Eurotech's mobile computing systems to create a complete, intelligent and fully customizable network with advanced surveillance, communication and infotainment capabilities. This directional passenger sensor used in this system is DA-20. The DA-20 directional sensor series is designed to count people in buses, light rail and other public transit vehicles. It detects the passage of people and determines their direction. It incorporates an innovative new electro-optical approach. The DA-20 series can be enclosed in an array of multiple sensors to cover very wide doors. This technology is fully operational and tested. Accuracy, certified by our customers’ extensive testing, is above 95%. The DA-20 is generally used in conjunction with a DL-10B (on-board microcomputer) which carries out, for each sensor, hundreds of calculations and analysis per second, determining the number and direction of people and registers other data such as the date, time, position, etc. BENEFITS:Compact, unobtrusive design.Diecast aluminium case.Adjustable detection zone.Unaffected by speed of passage.Unaffected by immobile passengers ery effectivelyseparates people following each other closely.Withstands environmental stresses common to buses.Unaffected by variations in light and temperature.Easily installed and readily。linked via conventional 4-cable conductors.Powered by a DL-10B (on-board microcomputer) or an existing on-board computer. TECHNICAL SPECIFICATION:The sensor is generally placed on top of the vehicle doors. For wide entrances, a multiple sensor configuration is available. It detects passage and direction of people, then sends its data to the on-board micro-computer. and the J-1708 protocols.


相关文章:
更多相关标签: