哈尔滨工业大学论文

哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计说明书

设计题目：数字式光电计数器

系别：应用电子与通信技术系

班级：0892222

学生姓名：杜洋

指导教师：计京鸿

成绩：_______________________

2011年3月24日

课程设计任务书课程设计题目数字式光电计数器

功能技术指标功能：

通过光电进行加计数，并通过两位数码管显示。技术指标：

1.通过红外光阻挡进行加法计数。

2.计数范围0~99。

工作量

工作计划2010年3月8日开题

2010年3月9日—3月10日设计电路2010年3月11日选购元器件

2010年3月12日—3月14日组装电路2010年3月15日—3月15日调试电路2010年3月21日验收电路

2010年3月24日结题

指导教师评语

指导教师：

年月日

目录

第1章绪论 (1)

1.1设计要求 (1)

1.2技术指标 (2)

1.3设计功能 (2)

第2章电路的设计方案 (3)

2.1方案设计 (3)

2.2方案确定 (3)

第3章单元电路设计、参数计算和器件的选择 (4)

3.1红外对射电路的设计 (4)

3.2LM339电压比较器 (4)

3.3计数显示电路 (5)

3.3.1LM339的作用及各引脚的功能 (6)

3.3.274LS90的作用及各引脚的功能 (6)

3.3.374LS75的结构及各引脚的功能 (7)

3.3.474LS48的结构及各引脚的功能 (7)

第4章整机电路的工作原理 (9)

4.1整机电路图 (9)

4.2整机电路原理说明 (9)

第5章电路的组装调试 (12)

5.1脉冲驱动红外检测 (12)

5.2相关测试数据 (12)

结论 (14)

收获和体会 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

附录元器件清单 (18)

第1章绪论

1.1课题背景

智能光电计数控制系统采用世界最先进的光电探测和转换技术，采用日本OMRON光电探测元件将人体信号转换为数字信号，利用德国BOSCH公司研发的CAN总线系统将信号传送至处理器，处理器经过特定的程序进行分析、判断，确定进出房间的人数，从而为控制灯光、空调、地暖、加湿器、新风系统、窗帘、音乐或其他电器设备提供依据，本控制方式完全以人为本，以有没有人或有多少人来作为设定自动触发相关设备的条件。

传统的人体感应方式是采用探测人体热释红外的原理来判断是否有人，只有在人活动的时候感应器才能探测得到，一旦人静止不动，它便会认为无人，如果以无人为设定条件，在延时一定时间后会关闭灯光等设备，此时便出现了误动作，如果设定延时的时间过长，又造成了不必要的浪费。鉴于此，热释红外传感器只能用在公共场合，如走廊、楼梯间等。但是热释红外传感器还有另外一个问题，那就是它容易受气流和温度变化等环境的影响而产生误动作，因此，为了尽量减少误动作，很多厂家便调低了它的灵敏度，使它在用于报警时尽量减少误报。于是由此又带来了另外一个问题，在作为灯光等设备的触发时反应却显得有些迟钝。传感器灵敏度高，便容易出现误动作，灵敏度低，反应就会迟钝，这一直是一个困扰业内人士的难题。

现在，这个问题有了突破性的进展，光电计数传感器不但解决了以上问题，实现了灯光等设备的实时开启和关闭，不需要延时，更加节能，由于系统是根据房间内人的有无和人数的多少为条件设定依据的，灵敏度很高，但是不会受环境影响而产生误动作，所以可以无限扩展系统控制的设备数量和种类。

光电计数传感器也可以用于安防报警，可以设定当所有房间的人员都为零时，自动启动安防警戒系统，如果系统设防后再有人非法进入，系统则自动进行拨打电话报警或现场警号报警，并

记录有几个人在什么时间出入了那些房间，同时联动摄像机进行跟踪录像，使盗贼无处可逃，最大限度地保障财产的安全。

光电计数传感器采用半隐蔽安装方式，在门的两侧各开两个小圆孔，将光电传感器嵌入安装到小孔里，不影响整体美观有很好的应用价值。

1.2技术指标

1.通过红外光阻挡进行加法计数。

2.计数范围0~99。

1.3设计功能

通过光电进行加计数，并通过两位数码管显示。

第2章电路的设计方案

2.1方案设计

方案一采用中小规模集成电路可以实现计数的功能，其电路原理框图如图2-1所示：

图2-1方案一电路原理框图方案二采用光电耦合器及其计数器实现光电技术原理，其电路原理框图如图2-2所示：

图2-2方案二电路原理框图2.2方案确定

由于实际过程中，去掉光电耦合器也能很好的完成指标，为了更加经济些，我们选择了图2－1的方案。其由两个七段共阴数码管、两个十进制计数器74LS90、两个四位双稳态锁存器74LS75、两个4线7段译码器74LS48、一个LM339集成运放和红外发射及接收电路等组成。二进制计数器

十进制计数器

红外对射电路电压比较器数码管显示二进制计数器

光电耦合器电压比较器数码管显示十进制计数器

红外发射电路

第3章单元电路设计、参数计算和器件的

选择

3.1红外对射电路的设计

红外检测电路：由红外发射二极管LED和红外接收二极管VTD等组成。

红外对射电路的设计如图3-1所示，红外发射管和红外接收管选择的是直径为五毫米的。其中与红外发射二极管串联的220欧姆电阻用于限流，若将红外发射二极管直接跨接于电源将被损坏；经我们实际测量红外接收二极管的反向导通电压变化范围非常大：当没有接收到红外光信号时，其反向导通电阻为几M欧左右；当红外光照条件较好时，其反向导通电阻会下降到1K欧左右。故，选择10K欧姆的固定电阻与之串联，在红外接收二极管受红外光照射程度发生变化时，红外接收二极管于10K电阻直接的节点电压会有一个相当明显的变化，而这也正是我们将红外接收二极管与10K电阻分压的初衷。

图3-1红外对射电路

3.2LM339电压比较器

LM339电压比较器原理图如图3-2所示。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。比较器的传输特性曲线如图3-3所示。