电子技术课程设计电子门卫系统之进出人员计数器设计4

1、电子门卫系统之进出人员计数器 i 沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：课程设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器电子门卫系统之进出人员计数器 系 别 自动控制工程系 班级 自本 082 学生姓名 批准 电子门卫系统之进出人员计数器的设计 1 设计主要内容及要求 1.1 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 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（比如红外线传感器）a、b，每当有人进入 沈阳工程学院课程设计（论文） ii 时将顺序经过

2、 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是进入还 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） 。 1.3 发挥部分 （1）开启清场开关时，如有人进入，系统将报警。 （2）考虑有人经过 a（或 b）但没有继续前进又退出即连续且只经过两次 a（或 b）的情况如何处理？ （3）其他。 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选 2 个方向： （2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份； （3）设计过程的资

3、料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统 一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少 于 3000 字。图纸为 a3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文 （设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要） 、工作过 程分析、元器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线 图） 。 3 时间进度安排 顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注 12010.7.5讲解主要设计内

4、容，学生根据任务书做出原始框图打分 22010.7.6检查框图及初步逻辑图完成情况，讲解及纠正错误打分 32010.7.7检查及改正逻辑图；讲解印刷电路板图绘制及报告书写打分 42010.7.8继续修正逻辑图，指导印刷电路板图绘制方法，布置答辩打分 52010.7.9答辩、写报告打分 2010/7/2 沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 数字电子技术数字电子技术 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 系（部）系（部） 电子门卫系统之进出人员计数器 iii 指指 导导 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 调研 论证 能独立查阅文献,收集资料；能制定

5、课程设计方案 和日程安排。 0.15 54 43 32 2 工作 能力 态度 工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好， 能够独立完成设计工作， 0.25 54 43 32 2 工作 量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难 度适宜。 0.25 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.55 54 43 32 2 指导教师评审成绩指导教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 1212） 分分加权分合计加权分合计 指指 导导 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日

6、 评评 阅阅 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 查阅 文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 0.25 54 43 32 2 工作 量 工作量饱满，难度适中。 0.55 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.35 54 43 32 2 评阅教师评审成绩评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 8 8） 分分加权分合计加权分合计 评评 阅阅 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 课课 程程 设设 计计

7、 总总 评评 成成 绩绩分分 中 文 摘 要 当代电子技术的迅速发展，为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，数码摄像 机、家庭影院、空调、电子计算机等，都是典型的电子技术应用实例，可谓琳琅满目、 沈阳工程学院课程设计（论文） iv 异彩纷呈。至于电子技术在科技领域的应用，更是起着龙头作用。 电子门卫是随着世界电子技术水平和自动化控制技术水平的发展而应运而生的新兴 技术产品。它以其消耗少，安全等优势很快取代了以前以人为中心的保安安全体制。现 在的银行、博物馆等场所均有此类设备。随着科技的发展，相信很快，电子门卫将会走 进千家万户。 本设计提供的便是一款简易的电子门卫系统原理。它是以发光二极管和

8、相对的光敏 电阻组合，构成了传感器，通过 555 定时器，确定人员是否出入。通过计数器，减法运 算电路的功能实现了对进出人数和逗留人数的显示和记录。并且有在当逗留人数超过 500 人时利用比较器、扬声器等组成的自动报警等功能。此系统制作简单，成本低，属于全 自动系统，无需人操作，在低压状态下也能良好工作，适合于小型公共场所。如有特殊 需要，可根据现实情况进行改装。 关键词 电力系统，电子门卫，自动化，计数 目录 课程设计（论文）任务书-i 课程设计（论文）成绩评定表-iii 中文摘要 -iv 电子门卫系统之进出人员计数器 v 1 设计任务描述-1 1.1 设计题目-1 1.2 设计要求-1 1

9、.2.1 设计目的-1 1.2.2 基本要求-1 1.2.3 发挥部分-1 2 设计思路-2 3 设计方框图-3 4 各部分电路设计及参数计算-4 4.1 传感器及进出判定电路-4 4.1.1 传感器-4 4.1.2 控制电路-4 4.2 记数电路-5 4.3 显示电路-6 4.4 减法电路-7 4.5 清场控制器-8 4.6 人数监控及报警电路-9 5 工作过程分析-10 6 元器件清单-11 7 主要元器件介绍-12 7.1 计数器 74160n-12 7.2 加法器 7483n -14 7.3 数据比较器 74hc85ad-14 7.4 译码器及数字显示器-15 7.5 555 定时器-

10、17 小 结-19 致 谢-20 参考文献-21 附 录 a1 逻辑电路图-22 附 录 a2 印刷电路图-23 电子门卫系统之进出人员计数器 - 1 - 1 设计任务描述 1.11.1 设计题目：设计题目：电子门卫系统之进出人员记数器电子门卫系统之进出人员记数器 1.21.2 设计要求设计要求 1.2.11.2.1 设计目的设计目的 (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。 1.2.21.2.2 基本要求基本要求 (1)对通过门禁系统进出的人员数目进行记数显示，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

11、）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） 。 1.2.31.2.3 发挥部分发挥部分 (1)当开启请场系统后，进入门内的动作将被禁止，一旦出现系统将发出报警； (2)当有人经过 a（或 b）但没有继续前进又退出即连续且只经过两次 a（或 b） 的情况如何处理？ 沈阳工程学院课程设计（论文） - 2 - 2 设计思路 既然要显示进入与出去人数，就少不了用传感器。我选用的是发光二极管和与之相 配

12、的光敏电阻，当有光照射到光敏电阻时，其电阻非常小，此时系统不工作，当有人进 入时，电阻阻值迅速增大，给 555 定时器一个信号，系统开始工作。当人进入时，信号 进入记数器，计数器开始工作，人数在 0-9999 之间，所以我选用了 4 个 74160 用做进入 人员记数，又因为计数器本身记录的是二进制数，所以记数器接连译码器 7448，译码器 接连显示器。同样的，出去人数的电路也是如此。 大体思路如此，下面是一些细节方面的问题。 怎样辨别人是进入还是出去呢？因为有 a、b 两个传感器，而根据这两个传感器发出 感应信号的先后就可以判断经过传感器的个体进出的情况。将 a 靠外放置，将 b 靠内放 置

13、，当有人进来的时候，必然会先碰触 a 传感器，a 传感器发出的信号被判别电路直接送 到计数电路中，记录的进入人数加 1，而人经过 b 时，b 所发的信号被直接滤掉，从而完 成一次计数。同理，出去人数的记录过程一致。 另外，逗留人员是利用减法电路来计算的。减法电路是用两个加法器相连，第一个 加法器求被减的原数和被减的反数后，如果减的开，则经过第二个加法器加零后输出。 当本位不够时，输出结果经过第二个加法器加十，就完成了一位的减法计算，求两个四 位输出之差就需要四个这样的装置相连来实现。而最后输出的结果再接个数字显示系统 就可显示出来。 而清场系统则是将所求逗留人数接入一个可控制开启关闭的电路，当

14、电路工作时， 此电路检测减法器输出的数据，如果不为 0，则持续输出一个信号，当进入信号再次出现 时控制报警灯开启，实现了禁止进入的目的。当电路不再检测到有滞留人数后，便不再 输出信号，从而达到清场的目的。最后，由 555 组成的多谐振荡器报警系统就只是将求 减所得数据接入一个数据比较器，当其输出大于设定值 4 便输出信号使喇叭工作报警。 电子门卫系统之进出人员计数器 - 3 - 3 设计方框图 减法电路 清 场 控 制 电 路 译 码 器 数 据 显 示 器 比 较 器 报 警 器 传感器 a 传感器 b 判 断 电 路 计 数 器 入 计 数 器 出 译 码 器 译 码 器 数 据 显 示

15、器 数 据 显 示 器 沈阳工程学院课程设计（论文） - 4 - 4 各部分电路设计及参数计算 4.14.1 传感器及进出判定电路传感器及进出判定电路 vss 0v led1 led2 vss 0v vss vss 0v vss vcc 5vr85 3k r86 1k vcc vss 0v vss vcc 5v vss 0v vcc 5v r88 3k r89 1k vcc vss 0v vss 74ls04d 74ls04d 7408n 7408n 555_virtual timer gnd dis outrst vcc thr con tri vss 241264 265 266 267

16、555_virtual timer gnd dis outrst vcc thr con tri vss 268 272 vcc 270 271 269 4.1.14.1.1 传感器传感器 如图所示为传感器及进出判定电路。光敏电阻受到发光二极管照射电阻接近于零， 则传感器向 555 控制电路持续输出高电频，当有人经过门卫时，身体将发光二极管发出 的光线挡住，使光敏电阻阻值上升,即输出一个低电平给 555 定时器。 4.1.24.1.2 控制电路控制电路 两个 555，分别构成单稳态触发电路，当其中一个收到第一个传感器的信号后，开始 在 3 端输出一个长为 t 的信号。并且在 t 的这段时间内阻

17、止另一个触发器接受信号工作。 当第二个传感器发出信号后，电路向对应记数器发出一个信号 cp，使计数器工作。 电子门卫系统之进出人员计数器 - 5 - 4.24.2 记数电路记数电路 四个计数器并排接在一起，前一个的进位端接入后一位的使能端。触发同时接于 clk 四 个记数器上，原理是当 clk 记数信号出现时第一计数器开始工作，由于其他计数器使能 端无信号则无法正常工作。由于 74160 为 10 进制，所以当第一个计数器到 10 进位时进 位端 rco 发出一信号给第二触发器使能端。当再来 clk 信号时第二计数器可以工作，记 录数据加 1。以此类推，从而实现了四位数 8421bcd 码的记

18、数功能。 沈阳工程学院课程设计（论文） - 6 - 4.34.3 显示电路显示电路 7448 直接接受 8421bcd 码并将其转换成 7 位码，然后将其输出。当 rbi 端接高电平时如 果接到信号为 0000 则显示 0，接低电平时无显示。两器件组合成一个显示单元，实现一 位数字的显示。四个单元共同作用实现了四位数输出的功能。除了本电路系统适用外， 任何需要整数输出的工作电路中都能应用。具体采用件数由显示位数决定。 电子门卫系统之进出人员计数器 - 7 - 4.44.4 减法电路减法电路 74ls04d 74ls04d 74ls04d 74ls04d 7483n a2 8 b2 7 a1 1

19、0 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 15 16 17 18 74ls04d 74ls04d 74ls04d 74ls04d 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 62 61 60 59 74ls04d 74ls04d 74ls04d 74ls04d 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b

20、3 4 s2 6 s1 9 84 83 82 81 74ls04d 74ls04d 74ls04d 74ls04d 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 106 105 104 103 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 74ls04d 158 159 vss 0v vss 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s

21、4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 74ls04d 164 160 161 162 163 165 166 167 168 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 74ls04d vss 0v vss 169 170 171172 173 174 175 7483n a2 8 b2 7 a1 10 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9

22、 74ls04d vss 0v vss 176 177 178 179 180 157 226 225 224 223 36 35 34 33 121 被减数和减数的反码(原码的非)相加等于两数的差, 当本位不够时，输出结果经过 第二个加法器加十，就完成了一位的减数计算，输出的同时也将在其上位输出一个信号， 告诉上一位本位相加时是否向前借位，使上位自动减 1 或不减，最高位的输出端接入最 低位输入端形成进位循环，从而全面实现全减功能。但本电路都是依据被减数大于等于 减数进行设计，极不考虑为负情况。 这样就很好的实现了用加法器作用的减法功能,而且这种接法,最大的好处就在于直接 将被减数和减数的

23、8421bcd 码输入部件中,即可算得所得的得数相对应的 8421bcd 码.无 须转换,无须编码,方便快洁,使本系统中没有任何二进制计算,所有数据都根据 8421bcd 码的相对关系进行处理运算,最后实现功能.提高了系统运算的效率,剩去了编码器,译码 器等多余的部件,降低了成本,也使本电路的可行性和直观性更强,更容易理解. 具体计算原理如下:将 8421bcd 码表示的减数的反码送到第一加法器,记过的原码或反 码送到第二加法器,这里加 1010 还是 0000,取决于该十进制数的符号和最终结果的符号. 正的或负的最终结果的例子如图,箭头指出到下一十进位的进位或循环进位.举例如下所 示: 沈阳

24、工程学院课程设计（论文） - 8 - 4.54.5 清场控制器清场控制器 s 开关开通时,端线所接减数器所接数据输出信号,因为是或的关系所以只要输出不全 为 0 则一直使与门前 s 开关端输出一个 1 的信号.当这时再有进的信号进入,则发光二极 管接到 1 信号发光报警.与 s 门支线相对的关系也为或的支线,连接在比较器端,当滞留人 数超过 500 人后,起到和闭合 s 开关一样的效果. 传感器 比较器 电子门卫系统之进出人员计数器 - 9 - 4.64.6 人数监控及报警电路人数监控及报警电路 a2 13 b2 14 a1 12 b1 11 oagtb 5 a0 10 b0 9 a3 15

25、b3 1 oaeqb 6 oaltb 7 aeqb 3 altb 2 agtb 4 vss 0v vcc 5v vss vcc 10uf vss 0v 10k 10k xlv1 input 286 555_virtual timer gnd dis outrst vcc thr con tri 279 281 280 278 vss 此电路的组合效果就是当室内滞留人数超过 500 以后,系统便报警由喇叭发出报警信 号.要完成此功能,先要知道室内到底有多少人,而这一点由前面的电路都已实现,只要引 入减法电路的输出即可,然后将其输入到数据比较器中进行比较,因为题目所设为 500 人, 对人数要求精

26、度只到百位,电路中只用一个数据比较器对减法器的百位输出端进行比对, 并把比较数设置为 4,这样当减法电路输出数据百位一旦大于 4(首先为 5 时符合条件),比 较器大于位信号端便持续输出一个信号.而电路把这个信号输送给由 555 定时器组成的多 谐震荡电路的工作控制端,让震荡电路工作,产生一定频率的脉冲信号,催动交流喇叭发出 报警音,实现电路功能. 沈阳工程学院课程设计（论文） - 10 - 5 工作过程分析 下面将电子门卫的工作的整套流程做以下分析: 正常状态下:当电源开启,电子门卫计数系统开始正常工作.当有人进入房间时,则触 发传感器, 经过判断电路判断为进,向进入计数器发出一个脉冲信号,

27、使计数器得到信号, 记录数据加 1.随后,有 n 个人进入房间进行房间内提供的规定活动,计数器便全部记录了 进入的人次.当有人离开房间时,进出判定系统判定为出,则传感器向出计数器发出一个脉 冲信号,使出计数器记录加 1.而同时接受两个计数器信号的减法运算电路随时随刻将两个 计数系统中的现时数据进行求差处理并把结果同总共进入人数,总共离开人数两数据一样 同过数字显示系统显示在数字显示屏上. 当超过 500 人时:减数电路输出信号对应数据高于 500 人后,系统中检测电路数据比 较器将发出报警信号,使由多谐震荡器和交流电源喇叭组成的报警音提供电路工作,发出 报警音,并且持续向报警发光二极管端发出一

28、个高电平信号,使系统保持禁止进入状态,当 判断电路又向进计数器系统中发出有效信号时,警报发光二极管工作发光,示意报警. 当将清场开关闭合时:把 s 开关闭合,使电子门卫系统进入清场状态.清场电路将实时 监控减法电路输出端所有信号,只要有不为 0 的信号出现,则会向警报发光二极管端输出 一个高电平信号,当进出判断电路向进计数器系统发出有效信号时,则报警发光二极管工 作发光,发出警报说明非法进入.当减数系统不再输出有 1 信号后,证明已经清场完毕,就 不再向警报发光二极管送出信号. 电子门卫系统之进出人员计数器 - 11 - 6 元器件清单 名称型号数量 计数器 74160n8 数据比较器 74h

29、c85ad1 译码器 7448n12 加法器 7483n8 数字显示器 seven-seg-com12 555 定时器 555-virtual3 另有与门,非门,发光二极管,交流电源喇叭,光敏电阻等. 沈阳工程学院课程设计（论文） - 12 - 7 主要元器件介绍 7.17.1 计数器计数器 74160n74160n 做为集成计数器,74160 是最基本的一个器件.它从 0 开始记数,周期为 10,即到 9 后 归零.功能表如下: dcba l qa qbqcqd dcba cl etepld 输输 出出 预置数据预置数据 输入输入 时钟时钟使能使能预置预置 l l l l x x x x l

30、h 保保 持持 x x x x lxh 计计 数数 x x x x hhh 保保 持持 a b c d 电子门卫系统之进出人员计数器 - 13 - 由功能表可知 74160,clk 每来一个上升沿，计数器的值增 1. rd 为异步清零端,load 是预置数控制端,a,b,c,d 是预置数据输入端,enp 和 ent 是计数器使能端,rco 是进位输出 端,它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便.它的时序图如下: 由图可知,首先加入一个清零信号 rco=0,使触发器的状态为 0,即计数器清零.rd 变为 1 后,加入一置数信号 ld=0,该信号需维持到下一个时钟脉冲的正跳变到来后,在这个置数

31、信号和时钟脉冲上升沿的共同作用下,各触发器的输出状态与预置的输入数据相同,这就 是预置操作.接着是 ep=et=1,在此期间 74160 处于计数器状态.这里是从淤滞的 dcba=1100 开始计数,直到 ep=0.et=1,计数状态结束,转为保持状态,计数器输出保持 ep 负跳变前的状态不变,图为输出为 0010,rco=0. rd ld a b c d cp ep et qa qb qc qd rco 计计数数 保保持持 异异步步清清零零 同同步步预预置置 沈阳工程学院课程设计（论文） - 14 - 7.27.2 加法器加法器 7483n7483n 7483n a2 8 b2 7 a1 1

32、0 c0 13 b1 11 s4 15 s3 2 c4 14 a4 1 b4 16 a3 3 b3 4 s2 6 s1 9 sn7483 是课内没有涉及的四位二进制加法器,它的执行内部连接成行波(串行)进位的 并行加法.对每一位都提供和的输出,结果的进位输出 c0 和 c4 是从最后的全加器级得的. 7.37.3 数据比较器数据比较器 74hc85ad74hc85ad 集成数值比较器 74hc85ad 是四位数值比较器,提功能如下图所示.两个四位数的比较 是从 a 的最高为 a3 和 b 的最高位 b3 进行比较,如果它们不相等则该位的比较结果可以作 为两个数的比较结果.若最高位 a3=b3,

33、则再次比较次高位 a2 和 b2,余类推.显然,如果两 数相等,那么比较步骤必须进行到最低位才得到结果. 电子门卫系统之进出人员计数器 - 15 - 7.47.4 译码器及数字显示器译码器及数字显示器 7448n a 7 b 1 c 2 d 6 oa 13 od 10 oe 9 of 15 oc 11 ob 12 og 14 lt 3 rbi 5 bi/rbo 4 u55 a bc d e f g ca h 输输 入入输输 出出 a a3 3 b b3 3a a2 2 b b2 2a a1 1 b b1 1a a0 0 b b0 0iabiabiabiabfabfabfa b b3 3h hl ll l a a3 3 b b2 2h hl ll l a a3 3 = = b b3 3a a2 2 b b1 1h hl ll l a a3 3 = = b b3 3a a2 2 = = b b2 2a a1 1 b b0 0h hl ll l a a3 3 = = b b3 3a a2 2 = = b b2 2a a1 1 = = b b1 1a a0 0 vcc,vl2时,c1=0,c2=1,基本 rs 被置 0. t 导通,v0=0. 3 2 3 1 2, vl1vcc,vl2时,c1=1,c2=0,基本