电子门卫系统之进出人员计数器

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9990-9999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——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：①当人次计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；

②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）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 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

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CP U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 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：

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O1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

图4.3.1计数器接线图

4.3.2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

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。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（LE D），限流电阻R和4511BD七段显示译码器构成。管脚D A、DB、DC、DD为4511BD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