智能光电传感器的原理与应用

2 计数器的电路组成
此计数系统的电路主要由直流稳压电源、智能 光电传感器电路及应用电路组成。智能光电传感器 主要由红外光信号发射电路、光电检测及进出鉴别 电路等组成[3]。 2.1 直流稳压电源
直流稳压电源主要由电源变压器、桥式整流 器、滤波电容器及三端稳压器等组成，其作用是为 信号发射及信号检测等电路提供稳定的直流电源。
应用电路是由十进制加减计数器 CC40110 及 数码管等组成的计数器电路，如图 4 所示。
3 计数器的工作过程
3.1 红外光信号发射电路工作过程 红外光信号发射电路的作用是发射光电检测
电路需要的红外光信号。图 1 是一个振荡器电路，
磁性材料及器件 2009 年 4 月
DL2 LEDA
R5 C2 150K
1 15 14 13 12 3 2
1 15 14 13 12 3 2
U4
U5
U6
CO a BO b
c CT d LE e CR f CPD g CPU
CO a BO b
c CT d LE e CR f CPD g CPU
CO a BO b
c CT d LE e CR f CPD g CPU
10 11 4 6 5 7 9
收稿日期：2008-10-16 修回日期：2009-03-12 基金项目：河南省教育厅科技攻关资助项目（2007480001） 作者通信：E-mail: zhaomf@hist.edu.cn
图书馆的人数，便于进出人员的统计；用于学校自 动记录显示各个教室上自习的学生人数，引导学生 寻找合适的自习教室，并可根据教室内人数的多少 开启不同数量的灯具以节约电能[2]。
Abstract: A kind of photoelectric sensor measuring electric circuit was introduced for the recording of
personnel entering and leaving. The sensor can be widely used in the public places with changing number of people, such as markets, waiting room，exhibition halls, libraries, classrooms and so on, for automatic recording and displaying the numbers of personnel entering and leaving, which provides conveniences for the administrative plan and management.
54
J Magn Mater Devices Vol 40 No 2
12V
R1 1K
D1 4148
D2 4148
R2 R3 200K 20K
4 1
8
U1 7
3
6 555 2
5
C1 0.01u
R4 300
DL1
图 1 红外发射电路 进
DL2 DL1
发射管
出
DL3
接收管
图 2 光电传感器设置示意图
2.2 红外光信号发射电路 红外光信号发射电路如图 1 所示，主要由电阻
工艺·技术·应用
智能光电传感器的原理与应用
张先富 1，苏丽秋 2，赵明富 3
（1. 永城职业学院 电子工程系，河南永城 476600； 2. 鹤壁职业技术学院 机电系，河南鹤壁 458000； 3. 河南科技学院 电子工程系，河南新乡 453003）
摘 要：介绍了一种能辨别人员进、出状态的光电传感器检测电路，可广泛用于商场、候车室、展览馆、
当无人走过信号检测区的进出通道时，DL1 发出的红外线同时照射在 DL2 与 DL3 上，DL2 与 DL3 内阻减小，虽然 DL1 发射的是脉冲光，但由 于 R5 与 C2 及 R6 与 C3 的时间常数较大，因此 U2A 的 3 脚与 U2B 的 5 脚电平均高于 2 脚与 6 脚电平， 故 U2A 的输出端 1 脚与 U2B 的输出端 7 脚也为高 电平。U2A 的 1 脚与 U3A 的时钟端 1 脚及 U3B 的 复位端 15 脚相连，此时由于 15 脚为高电平（复位 状态），故 U3B 输出端均为低电平，B 点也为低电 平；U3A 的 7 脚与 U3B 的 9 脚相连，此时为高电 平，因此 U3A 输出端均为低电平，A 点也为低电 平。此时计数器 U3 输出端 A 点与 B 点均无输出。
同理，如果想记录出去的总人数，可再增加一 个图 4 所示计数器电路，其中 A 点与图 3 中的 B
a fgb e d cdp a b c d e f g dp
a fgb e d cdp a b c d e f g dp
a fgb e d cdp a b c d e f g dp
1 15 14 13 12 3 2
10 11 4 6 5 7 9
10 11 4 6 5 7 9
A B
图 4 单门计数器电路
复位 VCC
点连接，这样每出去一个人，计数器加一个数，该 计数器也是只加不减，因此这个计数器记录的人数 即为出去的总人数。以上分析的是现场只有一个门 的情况，如果现场有两个门或三个门，那么每个门 都要设置如图 1 与图 3 所示的发射与接收装置，再 用计数器分别记录各个门的人员进出数据，然后可 将各个门记录的数据用加法器电路相加后再由数 码管显示出来。
图 3 光电信号检测及进出鉴别电路
为了节约电能，电路组成窄脉冲发生器，R2、R3 分别选不同的阻值，可改变占空比（如图中阻值， 占空比约 10%）。改变 C1 的量值，可改变振荡频 率（如图中 C1 量值，振荡频率约为 646Hz）。电路 输出端通过 R4 驱动红外线发射二极管 DL1，使其 发出高频红外线脉冲信号，供光电检测电路使用。 3.2 光电信号检测及进出鉴别电路工作过程
计数器选用十进制加减计数器 CC40110，其中 CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数输入端Baidu Nhomakorabea CR 为复位端，CT 为计数允许控制端，LE 为锁存 器预置端，a~g 为七段码输出端，BO 为借位输出 端，CO 为进位输出端[6]。
图 4 是一个三位计数器构成的单门计数器电 路。将图 4 中的 A 点与图 3 中的 A 点相连接，将 图 4 中的 B 点与图 3 中的 B 点相连接，这样每当 信号检测区进入一个人时，A 点输出一个高电平脉 冲，计数器加一个数，每出去一个人时，B 点输出 一个高电平脉冲，计数器减去一个数，因此图 4 计 数器显示的是进入的人数减去出去的人数，即为剩 余的人数。
光电传感器的设置如图 2 所示，光电二极管 DL2、DL3 放在进出通道的一侧，红外线发射二极 管 DL1 放在进出通道的另一侧，并且正对 DL2、 DL3，两个光电二极管紧挨在一起，这样不仅可缩 小体积，同时只需用一个发射二极管。
在图 3 的电路中，光电信号检测及进出鉴别电 路的作用是检测、鉴别是否有人进出，当进来一个 人时电路中 A 点输出一个高电平脉冲，当出去一 个人时电路中 B 点输出一个高电平脉冲。
LM393 是一个双电压比较器电路，电路中两 比较器的反相输入端 2 脚与 6 脚连接在一起，接一 个固定电压，两同相输入端分别连接两个光电二极 管，两比较器的输出端 1 脚与 7 脚分别与计数器 U3A 与 U3B 的计数时钟输入 CLK 及复位端 R 相 连接[5]。
CC4518 是一个双十进制计数器电路，其中 CLK 为计数时钟输入端、R 为复位端、EN 为计数 允许控制端、Q0~Q3 为 BCD 码输出端[6]。 2.4 应用电路
103
R7 10K
3 2 U2A
*
R9 10K
1
12V
U3A
1 2
7
CLK EN
R
Q0 Q1 Q2 Q3
3 4 5 6
A
4518
DL3 LEDA
R6 C3 150K 103
5 6 U2B
R8
*
3K
R10 10K 7
U3B
9 10
CLK EN
Q0 Q1
15 R
Q2 Q3
11 12 13 14
B
4518
当有人走过信号检测区的通道时，方向如图 2 中箭头所示，身体首先挡住 DL1 照射到 DL2 上的 光线，此时 U2A 的 3 脚电平低于其 2 脚电平，U2A
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输出端 1 脚变为低电平，与其相连的 U3B 的 15 脚 由原来的复位状态变为计数状态，此时 U3B 的 9 脚如果输入一个高电平脉冲，其输出端计一个数， 即 B 点输出高电平。当继续前进，此时人体同时 挡住 DL1 照射到 DL2 与 DL3 的红外光线，U2B 的 5 脚电平低于其 6 脚电平，U2B 的 7 脚也变为低 电平，与其相连的 U3A 的 7 脚由原来的复位状态 变成计数状态，此时如果 U3A 的 1 脚输入一个高 电平脉冲，其输出端即可计一个数，即 A 点输出 高电平。继续前进，人体首先离开 DL1 照射到 DL2 上的红外光线，U2A 的 3 脚变成高电平，其 1 脚 也变为高电平，由于 U3A 的 7 脚此时仍为低电平， 其时钟输入端 1 脚输入 1 个高电平，其输出端计一 个数，即 A 点变成高电平。当人继续前进，离开 光电检测区，即 DL1 发出的红外光又同时照射到 DL2 与 DL3 上时，计数器 U3A 与 U3B 均处于复 位状态，输出端全为低电平，A 点的高电平也消失。 这样，每当有人走过信号检测区，进入时，A 点输 出一个高电平脉冲，出去时，B 点输出一个高电平 脉冲。人员出去时的工作过程可进行类似分析。 3.3 应用电路工作过程
ZHANG Xian-fu1, SU Li-qiu2, ZHAO Ming-fu3 1. Department of Electronic Engineering, Yongcheng Vocational College, Yongcheng 476600, China；
2. Department of Electromechanics, Hebi Vocational & Technology College, Hebi 458000, China； 3. Department of Electronic Engineering, Henan Institute of Science & Technology, Xinxiang 453003, China
图书馆及学校教室等人数动态变化的场合，能自动记录和显示进、出人员数量，便于行政部门的规划与管理。
关键词：光电传感器；计数器；出入检测；记录；显示
中图分类号：TP212.1
文献标识码：B
文章编号：1001-3830(2009)02-0054-03
The Principle and Application of Intelligent Photoelectric Sensor
Key words: photoelectric sensor； counter; measuring of personnel entering and leaving; record; display
1 引言
光电传感器在自动计数、光电报警等方面具有 广泛应用，但本文介绍的智能光电传感器不同于普 通光电传感器，其不同点是：当有人通过光电检测 点时，它不仅能检测出是否有人员通过，同时能辨 别通过的人员是进入、还是出去。利用该光电传感 器，再配合相应的计数器，通过显示器可显示出某 地点总共进出人数及剩多少人[1]。因此，可广泛用 于多种公共场合的人员统计，例如自动记录商场的 人数，便于商场的规划与营运；自动记录展览馆和
如果想记录进入的总人数，可再增加一个图 4 所示计数器电路，其中 A 点与图 3 中的 A 点连接， 这样每进入一个人，计数器加一个数，由于 B 点 未连接，该计数器只加不减，因此新增设的这个计 数器，记录的人数即为进入的总人数，可统计显示 进入商场、展览馆、图书馆等场所的总人数即显示 客流量的多少。
R1~R4、电容器 C1、二极管 D1、D2、红外线发射 二极管 DL1 及定时器电路 555 等组成。 2.3 光电信号检测及进出鉴别电路
光电传感器设置示意图如图 2 所示[4]。光电信 号检测及进出鉴别电路如图 3 所示，主要由光电二 极管 DL2、DL3、电阻 R5～R10、电容器 C2～C3、 电压比较器 U2（LM393）、十进制计数器电路 U3 （CC4518）等组成。