流动人口统计器论文

第一章 绪论

第一节 课题的背景及意义

1.1.1 课题研究背景

随着国民经济的不断发展，商业竞争日趋激烈，只凭经验对客流状况进行估算，并以此为依据指导决策已经跟不上时代的潮流；于此同时，交通枢纽、博物馆、大型活动现场、超市等大型公共场所时常在客流高峰时期发生拥堵情况，而由于对突发情况与事件中客流状况监控不力造成的危害也越来越严重。因此，对公共场所进行实时准确的统计，为商业运营和公共事业管理提供科学的决策依据，成为越来越现实的需求。

现实生活中，为了获得准确的客流量数据，往往是利用人工方式，安排专人对关键区域进行目视计数进行测量。但这种方式的缺点是显而易见的：首先，客流量的密度是高度随机的，在时间段上对客流量进行抽样计数难以全面客观地反映实际客流变化情况；其次，受限于人的精力，长期枯燥单调的计数工作极易使人疲倦，从而影响计数精度；此外，这种方法也需要付出较高的人力成本。用这种方法得到的数据，只可以用于定性的了解，难以做定量的分析，也很难大范围推广应用。

红外传感技术现在已经非常的成熟，被广泛应用于车站、超市、商店等人口流动频繁，有人工辅助监控的地方。其特点是：能对一定距离间隔的人流做出正确有效地判断，并且简单实用，但对于前后拥挤的人流统计效果较差。此红外传感统计器已经能够满足大多企业、商家的日常需要，具有很高的性价比。

1.1.2 人群流量统计的重要性

在商竞争日益激烈的今天，客流量几经成为一个非常重要的指标。对于依赖客流量的企业来说，客流量更是意义重大。通过准确的量化数据，您不但可以获得您的商场、购物中心、博物馆或飞机场的完整的正在运行的状况，而且您还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织经营工作。这就要求有一个合适的客流统计器来完成来完成这些工作。

客流通常也被称作客流量，是大型商场、购物中心、连锁店、机场、

车站、博物馆、展览馆等公共场所在管理和决策方面不可缺少的数据。对于零售业而言，客流更是非常基础的指标。因其与销售量直接的正比关系，人们对客流统计数据的重视由来已久。为什么需要客流统计？客流对于依赖于客流的产业来说意义重大。对于零售业来说，顾客是货币的携带者，又是商品的潜在购买者，研究流量规律，可以增加销售机会，将观看者转变为购物者，最大限度地挖掘商场的销售潜力，增加利润。客流统计的重要性主要可以表现在以下这些方面：

1、通过统计出入口的客流，可以了解出入口设置的合理程度；

2、通过统计出入口客流进出的方向，可以了解出入通道设置的合理程度；

3、通过统计主要楼层客流状态，从而进行店面的合理分布；

4、统计各个区域的吸引率和繁忙度；

5、有效评估所举行的营销和促销投资的回报；

6、根据客流变化，更有效分配物业管理、维护人员；

7、通过客流人群转化率，提高商场服务质量；

8、通过客流人群购买率，提高营销和促销的效率；

9、计算客流人群的平均消费能力；

10、客观决定租金价位水平；

11、评估和优化宣传广告和促销预算。

第二节 客流统计器的发展现状

1.2.1 客流统计器发展现状

目前应用广泛的自动客流统计系统主要有接触式和非接触式两种设计思路。

一、接触式方法

1、入口机械栏杆装置：通过在入口安装机械栏杆，严格控制出入口秩序。计算准确，但安装复杂，成本高昂，且对乘客进出造成一定的阻碍，人为降低了出入口的吞吐量，不利于形成良好的客户形象。

2、踏板压力传感器：通过在出入口安装踏板，并连接压力传感器，客人出入时，通过对踏板的踩踏触发传感器从而获得客流的信息。当两人或多人同时踩踏踏板时，不能准确计数。

二、非接触式方法

1、红外检测技术：能对一定距离间的人流做出正确有效的判断，应用广泛。

2、基于机器视觉的方法：机器视觉的方法是目前新兴的解决方案。已经有部分基于图像处理的方法应用于客流统计领域。

1.2.2 当前主要产品分析

当前市场上，已经有各种各样的流量统计器来满足不同使用群体的需求，但是他们都有优缺点，主要分析如下：

1、人工计数

优点：适用于点检测，费用相对较小，从心理上觉得比较可靠。 缺点：短时间内（如半小时）可靠性比较高，但随着时间的延长误差逐渐增加；当客流量增大时，误差率>30%。

2、单束被动式红外传感器

优点：可以区分有生命的对象和无生命的对象。

缺点：区别能力差，不能区分单人还是多人，误差率>60%。

3、单束主动式红外传感器

优点：价格相对较低。

缺点：不能辨别进行方向，不能区别人很物体、单人或多人，只适于狭小通道。

4、多束红外式置顶帘

优点：能区分对象是否有生命。

缺点：无法辨别行进方向，计数区域有重叠，统计精度不高于80%，安装时受高度和宽度的限制。

5、视频检测系统

优点：可以辨别行进方向，隐蔽，可以与安全系统相连。相对精度>90%

缺点：受亮度、光照条件变化、人群流量密集程度的影响较大，不能再黑暗和室外使用。精度受记数区域重叠的影响，当用于宽阔通道时，价格昂贵。

第二章 直流稳压电源的设计

第一节 直流稳压电源的基本原理

2.1.1 直流稳压电源基本原理

1、直流稳压电源由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。其组成框图如下；

图2-1-1直流稳压电源组成框图

1）降压电路

降压电路的任务是把交流电压220V 变压为适合的大小。降压的方法有变压器降压，电容降压，电阻降压等，本文采用的是变压器降压法。变压器副边与原边的功率比为P 2/P 1 n , 式中n 是变压器的效率。

2）整流电路

把交流电转换成直流电的过程称为整流。利用晶体二极管的单向导电性把单相交流电转换成直流电的电路称为二极管单相整流电路，它有单相半波整流、单相全波整流和倍压整流等电路。在此，我们采用的是单相全波桥式整流电路。

图2-1-2就是桥式单相全波整流电路图，简称桥式整流电路。

他是由四只接成桥式的整流二极管v 1~v 4源变压器

T 组成，Rl 是负载电阻。

图2-1-2桥式整流电路

工作原理：

如图2-1-2所示，设u 2为正半周时，二极管VD 1和VD 3导通，VD 2和VD 4截止，电流自A 端流过VD 1、R L 、VD 3到B 端，它是自上而下流过R L ; 当u 2为负半周时，B 端电压高于A 端二极管VD 2和VD 4导通，VD 1和VD 3截止，电流自B 端流过VD 2，也是自上而下的通过R L ，经VD 4到A 端。这样，在

V 2整个周期内，都有方向不变的电流通过R L ，且两次电流叠加形成I 流电路属于全波整流类型，称为桥式单相全波整流电路。

负载上和整流二极管上电压和电流

UL =0. 9U 2

IL =0. 9U 2/R 1

桥式整流电路中，每个二极管在电源电压变化一周内只有半个周期导通，因此，每个二极管的平均电流值是负载电流的一半，即

Iv =0. 5IL

每个二极管在截止时承受的反向峰值是VD 2的峰值。即

VRM =1. 41VD 2

３）滤波电路

经过整流后，输出电压在方向上没有变化，但输出电压仍然保持输出正弦波的波形。输出电压起伏较大，为了得到平滑的直流电压波形，必须采用滤波电路，以改善输出电压的脉动性，常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路、LC 滤波电路等。在此，我们选的是电容滤波。

便于说明电容滤波电路工作原理，首先分析图2-1-3所示的桥式整流、电容滤波电路。

2-1-3电容滤波电路

4）稳压电路

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。由于对输出电压的要求，所以在这选择三端固定输出集成稳压器CW7805。其输出电流有100mA 、500mA 、1A 、1.5A 和3A 以上等电流档之分。

2、电源设计原理图及其工作原理

可调固定

图2-1-4电源工作原理图

2.1.2 直流稳压电源各部分分析

一、整流滤波部分

1、整流的作用：

整流电路可以利用二极管的单项导通特性将交流电转换成直流电，在负载上能得到一个单一方向的电压。

2、整流过程：

在V 2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极

管D 1流向R L ，再由二极管D 3流回变压器，所以D 1、D 3正向导通，D 2、D 4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在V 2的负半

周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D 2流向R L ，再由二极管D 4流回变压器，所以D 1、D 3反偏截止，D 2、D 4正向导通。在负载上能得到一个单一方向的电压。

3、滤波部分：

滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般是在整流电路的输出端并联一个电容构成电容滤波电路。一般采用电解电容，电容滤波利用了电容充放电，是输出电压趋于平滑。

二、稳压输出部分

本文要求的电压输出分固定、可调两部分本文主要应用的是三端稳压器进行稳压CW7805有固定的电压输出。

输出部分的工作原理为当开关S 投向“固定”时，此时稳压电路就是一个输出电压为+5V固定输出的直流稳压电路；

当转换开关S 投向“可调”时，此时输出电压为：

U =U xx +(U xx /R 1+I d ) R p -U z

式中，U XX 为所用集成器稳压器标称输出电压值，此处为U xx =+5V ；U Z 为硅稳压管辅助-5V 稳定电压。加稳压管的目的是为了可调输出能从0V 开始；I d 为集成稳压器的静态工作电流；R 1、R p 为适应固定输出改为可调输出而设置的外接取样电阻和电位器。

因U z =U xx ，故输出电压可改写成

U =(U xx /R 1+I d ) *R p

显然U 与R p 成正比，即在R p =0时输出电压为U =0V ；随着R p 阻值增大，输出电压亦提高，实现了输出电压从0V 起调的可调电压输出。

第二节 直流稳压电源的指标及技术要求

2.2.1 电源设计指标及技术要求

1、输出电压：U =5V ；U =15V ，连续可调

2、输出电流：0~15mA

3、电压调整率：S u

4、电流调整率：S i

5、电路保护：要求电路具有过电流、过电压和过热保护。

第三节 元件选择及电路参数

2.3.1 元器件的功能资料介绍

1、变压器

变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）; 自耦变压器；高压变

压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E 型和C 型铁芯，XED 型，ED 型CD 型

本论文用的变压器为双12V 变压器。

2、二极管

二极管又称晶体二极管, 简称二极管；它只往一个方向传送电流的电子零件。二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管（Si 管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中

本论文采用的是普通的硅管1N4007。

3、稳压二极管

稳压二极管(又叫齐纳二极管) 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上, 反向电阻降低到一个很小的数值, 在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定, 稳压二极管是根据击穿电压来分档的, 因为这种特性, 稳压管主要被作为稳压管或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用, 通过串联就可获得更多的稳定电压。

４、电解电容

电容由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同。

按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。

按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容，电解电容。

按极性分为：有极性电容和无极性电容。我们最常见到的就是电解电容。

电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于

级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。

电容的耐压 单位：V （伏特）

５、三端稳压器CW7805

集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器, 内部设有过热、过流和过压保护电路。它只有三个外引出端(输入端、输出端和公共地端), 将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端, 经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。

固定三端稳压器的封装形式：有金属外壳封装和塑料封装, 常见的塑料封装外形图参见图2-3-1所示。

图2-3-1三端稳压器封装形式

2.3.2 元器件的参数选择及计算

1、电源变压器的选择

选择合适的变压器对电源的稳定性有一定的影响，而且对稳压模块也有一定的保护，如果变压器输出的电压远远大于稳压模块的稳压值会降低稳压模块的稳压寿命，严重的时候会损坏稳压模块；如果变压器的电压小于稳压模块的电压可能使稳压模块失去稳压作用。如果制作正负电源时，应使用合适的双副边变压器本论文使用的是双12V 变压器。

2、选择集成稳压器。

三段固定输出集成稳压器CW7805，其输出电流有100mA 、500mA 、1A 、1.5A 和3A 以上等电流档之分。本设计可选用输出电流1A 的三端固定输出集成稳压器CW7805，其电参数典型规范值为：

输入直流电压 U 1=10V

输出直流电压 U 0=5V

电压调整率 S u =0. 02%

电流调整率 S i =0. 3%

输入输出最小电压差 (U 1-U 0) min =2. 0V

最高输入电压 U 1max =35~40V

静态工作电流 I d =3. 2mA

3、确定输入电压U 1。

集成稳压器输入电压U 1的选取原则是既满足输出电压要求，稳压器又能正常工作的前提下，U 1越低越好，这可以从两种不利的情况考虑：

当输出电压最低时，此时加于CW7805输入、输出两端之间的电压最高，但不得超过允许值，即U 1-U 0max

当输出电压最高时，此时加于CW7805输入输出两端之间的电压最低，但仍要CW7805正常工作，即U 1-U o max >2V 。

为此，可选取U 1=18V 。当U o =0V 时，U 1-U 0=18V ，稳压器输入输出端之间的电压未超过允许值；当U 0=15V 是，U 1-U 0=3V ，稳压器正常工作。

4、确定变压器二次绕组电压有效值U 2。

若采用桥式整流、电容滤波电路、则根据桥式整流电容滤波电路的输出电压公式

U 2=(1. 05~1. 1) U 1/1. 2

可得U 2=1. 05U 1/1. 2=15. 75，取U 2=16V

式中（1. 05~1. 1）是电压系数，是因为考虑到变压器内阻、整流器压降等电压损失而设置的。

5、硅桥的选择

硅桥的耐压为U rm =1. 4*16V =22. 4V

硅桥的额定电流为I d =1/2*I 0max =1/2*500mA =250mA

根据以上两条，可选用500mA/50V的硅桥。

6、确定滤波电容C 1。

桥式整流电容滤波电路球滤波电容公式为R l *C 1>(3~5) T /2

式中，T 为交流电网电压周期，T =1/f =1/50s 。

若取R l *C 1>=3*T /2，则有C 1>3*T /2/R l =0. 003F

uf /25V 的铝电解电容器。 选取C 1为3300

7、确定外接取样电阻R 1。

CW7805接成可调输出使用时，需外接取样电阻R 1和可调电位器R p 。CW7805静态工作电流典型值为ID =3. 2mA ，此电流会随时随输出电压的变化而变化。为减小ID 对输出电压的影响，一般可使取样电流IR 1>=(3~5) ID 。若取IR 1=3ID ，则R 1=U xx /IR 1=5V /(3*3. 2mA ) =0. 521k 。取

R 1=510Ω。

8、可调电位器R p 。

当R p 的下端不接-5V 辅助电源而直接接地时，由理论分析可得

U 0=U xx +(U xx /R 1+ID ) *R p

可得R p =(U 0-U xx ) /(U xx /R 1+ID ) =0. 769k

取R p 为1k 的可调电位器即可。

9、C 2、C 3的选取。

电路中C 2、C 3是见效纹波，消除自激震荡而设立的，在稳压器远离滤波电路、纹波要求小的场合，必须接入C 2；在无自激震荡的情况下，亦可不接C 3。因为电路中的分布参数不易计算，C 2、C 3的值常由实验来确定，一般选取

C 2=0. 1~0. 33uF , C 3=0. 1~0. 33uF

10、-5V 辅助硅稳压管稳压电路的设计。

为抵消+5V而设置的-5V 辅助硅稳压管稳压电路的设计。在下限输出电压值可以降低要求的前提下，亦可采用三端可调集成稳压器CW317去完成设计。

第四节 直流稳压电源部分的仿真

2.4.1 电源仿真图

图2-4-1闭合开关J1的电源仿真图

闭合开关J1直流电源输出只受LM7805的作用理论值为5V 。

图2-4-2RP 最小时的电源仿真图

打开开关J 1把滑动变阻器拨到最小此时输出受LM7805及D9稳压管的作用理论值为

0V

图2-4-3RP 最大时的电源仿真图

打开J 1开关把滑动变阻器拨到最大此时受LM7805及稳压管D9作用，直流电源输出即为两者的输出电压之和，理论值为15V 。

2.4.2 输出波形的仿真

桥式整流属于全波整流，由于通过负载的电流方向不变，所以整流后输出波形应是将正弦波负半部分翻到正半部分，图2-4-4是我们设计电路的整流后输出波形。滤波后，应是滤掉高次和低次波，近似直线，图2-4-5是电容滤波后的波形。

图2-4-4整流桥整流后的波形

图2-4-5电容滤波后的波形

2.4.3 仿真数据与理论分析

由于温度、压力、噪声、元件的品质的影响都会使仿真的数据与理论值产生误差。误差不是错误是无法避免的只能缩小与理论的差距，在调节滑动变阻器的过程中发现输出电压值不平滑的变化，造成这样的结果可能是人为地误差也可能是器件的问题。总体来讲直流稳压电源的输出范围在0~15V，没有问题。

第五节 直流稳压电源的安装与调试

2.5.1 直流稳压电源的安装焊接

1、PCB 制图

在直流稳压电源设计制板之前，首先应该利用Protel 软件，绘制直流稳压电源的电路原理图，然后按照器件大小绘制各个器件的封装图，最后制成PCB 板，这里想到电源变压器体积问题，不好装在印刷电路板上，所以将其单独搁放。如下图所示为直流稳压电源的印刷电路板图，尺寸为66mmX80mm 。

图2-5-1电源PCB 板

2、元件的检测与焊接

印刷电路板制作好以后，即可选择元器件，并检查测试用万用表检测电容、二极管、三端稳压器等元件的好坏。在确认了元件都完好无损的前提下，开始准备做焊接工作。焊接时要对元器件整形、刮角、镀锌，然后焊接在正确位置上。在直流稳压电源左侧的交流输入端接变压器的二次端线，注意滑动变阻器接地线没有交点。

3、安装焊接应注意的问题

1) 为了使稳压器的优良性得以充分的发挥，保证稳压器正常工作，要将稳压器安装在适当的散热片上，需注意稳压器应竖直放置比躺着更有利于散热。

2) 应特别注意8个整流二极管和电容C 1、C 2的极性不能接反。整流二极管如果接错可能会烧毁稳压器甚至烧毁电源变压器；电容C 1的极性如果接反可能会使电容爆炸。

3) 在外电路全部焊接好后，应首先检查各元器件本身是否完好，连接是否正确，有无虚焊、错焊短路之处。在上述各点都检查正确之后，方可通电，进行下一步的检查与调试。

2.5.2 直流稳压电源的调试

1、安装完以后一般进行初测，先测变压器二次绕组电压U 2，再测整流滤波电路输出电压，最后侧稳压器输出电压U 0，如果正常说明组装基本成功，可进行下一步深入测试。

2、电路主要性能测试：

1）输出电压值及输出电压范围的测试。将电压范围开关S 投向固定档测出输出电压值应符合要求。

再将电压范围转换开关S 投向可调档，改变电位器R p ，此时输出电压应满足0~15V的要求。

2）负载能力测试。稳压电源的好坏，可通过测量空载与满载时输出电压的大小来决定。空载时输出电压能达到最大，再利用设计电源的功率和输出电压范围大概估计负载的大小和功率，选择负载，再带负载下测量输出电压，看是否能达到最大电压。如果带负载情况下，电压较小，则说明我们所选的电路中限流电阻过大，更换一个稍小的限流电阻即可。

3）测试电压调整率S u 。固定输出电流（即固定外接负载），在稳压器输出额定电压+5V的情况下，将稳压器的输出电压变化 10%，测出与此时相应的输出电压变化量。

第三章 流动人口统计器的设计

第一节 设计任务及要求

设计一个适用于公共场合管理的流动人口统计器，其要求如下：

1、能自动识别人的进出，自动进行加减可逆计数。

2、随时显示进出人数的总和，而且还能显示出现有的总人数。

3、测量范围0~999。

4、具有检测、计数、译码和显示功能。

5、要求电路尽量简单实用，易于制作，经济实用。

6、阐述电路的工作原理及组成。

7、说明元器件的选择及工作特性，相关参数。

8、根据实际情况作系统仿真并制作电路板调试。

第二节 流动人口统计器概述

人数人次统计器就是人流计数器，它也称为客流计数器，或者客流分析系统等，是安装在商场、超市、医院、公园景区、体育场馆、娱乐场所、机场车站等公共场所，检测客流数量的计算机软件系统，也可制作成电路系统。通过该系统检测到的客流数量，用专门的软件研究客流数据进行挖掘，帮助管理员发现客流的规律、趋势等，避免烦琐的人工计算。

通过客流统计，使用者可以总体了解场所的人数和变化趋势等信息，然后通过这些信息作出相应的决策。

因此，在信息高速发展、人群日益密集的今天，在一些公共场所安装人数统计器，对于信息管理、资源配制、企业方案的确定等方面有重大的意义。所以，简易、安全、可靠地人数统计器，在当今社会里，其开发前景是无比广阔的。

第三节 设计方案的选择

3.3.1 两种设计方案

1、方案一：

图3-3-1设计方案一

通过进出门感应器，将收集到的数据送入到计数器中，通过译码器译码后，数据被送入显示器中显示出来。将其分为两个回路，分别显示总共进入的人次和现有人次显示，以便更清晰明了的掌握进出人次的数目。

2、方案二：

图3-3-2设计方案二

通过进出门感应器，将收集到的数据送入到单片机中，通过程序的运算后送入显示器中显示统计结果。也可以通过功能选择对人数人次统计器进行功能选择。

3、方案确定

由于本次电子电路课程设计中要求使用电路模块完成，因此不能使用单片机，故选用方案一。

3.3.2 系统框图及电路流程图

1、系统框图

经过比较，最终选择的流动人口统计器的原理框图如图3-3-1所示：

图3-3-1系统框图

2、电路流程图

电路流程图如图3-3-2所示：

图3-3-2电路流程图

第四节 元件介绍及参数

3.4.1 发光二级管

发光二级管的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好。

发光二极管的核心部分是由P 型半导体和N

型半导体组成的晶片，

在P 型半导体和N 型半导体之间有一个过渡层，称为PN 结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED 。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

3.4.2 六施密特触发器CD40106

CD40106由六个斯密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有施密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。下图所示为CD40106的引脚图。

图3-4-1CD40106引脚图

引脚功能：

2、4、6、8、10、12 数据输出端

1、3、5、9、11、13 数据输入端

14 电源正级

7 接地

3.4.3 双D 触发器CD4013

CD4013芯片是一种双D 式触发器。CD4013是CMOS 双D 触发器, 内部集成了两个性能相同，引脚独立(电源共用) 的D 触发器，采用14引脚双列直插塑料封装，是目前设计开发电子电路的一种常用器件，它的使用相当灵活方便且易掌握，受到许多电子爱好者的喜爱。CD4013由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q 及Q 输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q 输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D 输入端的逻辑电平传送到Q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。下图为CD4013的引脚图。

Q1

Q1

R1

D1

S1

V SS [***********]8V DD Q2Q2CLK2R2D2S2CD4013

图3-4-2CD4013引脚图

3.4.4 双时钟、可预置数的二—十进制加/减可逆计数器CD40192 CD40192是十进制可编程同步加/减可逆计数器，它采用8421码二—十进行编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。图3-4-3是CD40192的管脚排列图，图中CP U 、CP D 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。PE 是是异步并行置数控制端（低电平有效），

，R 是异步清除端（清、分别是进位、借位输出端（低电平有效）

零），D 4~D1是并行数据输入端，Q 4~Q1是输出端。

图3-4-3CD40192管脚排列图

CD40192的功能表见表3-4-2所示。CD40192的工作原理是：当PE=1时，R=0时，若时钟脉冲加入到CP U 端，且CPD=1，则计数器在预置数的基础上完成加计数跳变脉冲；当加计数到9时，CO 端发出进位下跳变脉冲。若时钟脉冲加入到CP D 端，且CP U =1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，BO 端发出借位下跳变脉冲。

3.4.5 BCD 锁存/七段译码/驱动器CD4511

CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱

动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED 显示器。

CD4511引脚排列如图3-4-4，其中a 、b 、c 、d 为BCD 码输入，a 为最低位。LT 为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI 为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a ～g 是七段输出，可驱动共阴LED 数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a 段消隐；显示数“9”时，d 段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED 数码管即可。所谓共阴LED 数码管是指七段LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V 时可使用300Ω的限流电阻。

图3-4-4CD4511引脚图

其功能如下：

A 、B 、C 、D —BCD 码输入端

a 、b 、c 、d 、e 、f 、g —译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。

测试输入端，＝“0”时，译码输出全为“1” 消隐输入端，＝“0”时，译码输出全为“0”

LE —锁定端，LE ＝“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE ＝0时的数值，LE ＝0为正常译码。

表3-4-3为CD511功能表。CD511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。

3.4.6 LED 数码管

LED 数码管是目前最常用的数字显示器，可分为共阴管和共阳管两种电路。对于CD4511，LED 应选用共阴极数码管。图3-4-5为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED 数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通

常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V ，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA 。LED 数码管要显示BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

图3-4-5两种不同出线形式的引脚图

第五节 电路功能原理分析

3.5.1 电路设计原理 1. 、总体电路图如下所示：

接加计数器统计进入总人数

IC 1 CD40160

LED 1

143?

V DD

+9V

3

VT 13DU

S 3

1

S 1

1

Q 1

IC 9IC 10IC 11

21*820?

R 5

2*HG500

IC 2

D 1

S 1

1

R 3

43K

243?

R 11IC 6

B

C

D LE

R 12

A

R 18IC 7

B

C

D LE

R 19

A

R 25IC 8

B

C

D LE

LED 2

+9V

VT 23DU

S 2

2

IC 2

CD4013

2

2Q 2

A

IC 6IC 83*CD4511

Q 1Q 2Q 3Q 4

C0CP u

IC 3B0CP D

D 1D 2D 3D 4C r PE

Q 1Q 2Q 3Q 4

C0u

IC 4B0D

D 1D 2D 3D 4C r PE

Q 1Q 2Q 3Q 4CP u

IC 5CP D

D 1D 2D 3D 4C r PE

R 4

43K

IC 2

2

R 24

4

IC 3IC 5

3*CD40192

图3-5-1流动人口统计器电路

3.5.2 电路各部分功能原理分析

1、光电传感电路原理

红外线计数器可分为对射式和反射式两种电路。对射式红外线是一个发射头和一个接受头在中间有物体通过就遮挡一下光线，输出脉冲信号触发计数电路。反射式红外线是把发射头和触发头做在一块成为一个红外探头，探头输出一个脉冲给计数器计数。

本设计选用红外线遮光方式，利用红外对射管做计数传感器，当有物体通过时被光被遮挡住，接收模块输出一个高电平脉冲，对此脉冲进行计数，就可实现对产品的设计。

2、进、出识别电路原理

如图3-5-1所示，IC 1为六施密特触发器CD40106，IC 2为双D 触发器CD4013，它们共同组成进、出识别电路。由于VT 1和VT 2平时处于导通状态，施密特触发器1、2均输出低电平，而施密特触发器3、4则输出高电平，分别加至IC 2a 的R 1和IC 2a 的R 2端，使其输出端Q 1和Q 2均为低电平。当有人进入时，VT 1和VT 2先后收到遮挡，此时，识别电路各点的波形如图3-5-2所示。

图3-5-2进出识别电路波形图

在t 1时刻，只有VT 1受到遮挡，VT 1被截止，故施密特触发器1的输出端S 1为高电平，使IC 2a 的R 1端变为低电平。在t 1的同一时刻，由于VT 2的光照未受遮挡，IC 2b 的状态不发生变化，R 2端仍未高电平，Q 2仍为低电平。在t 2时刻，VT 1和VT 2的光照均被遮挡，施密特触发器的输出端S 2变为高电平，该电平的脉冲上升沿触发IC 2a ，使Q 1

变为高电平，

由于此时IC 2b 无时钟脉冲输入，故Q 2仍为低电平。在t 3时刻，只有VT 2的光照受到遮挡，S 1点电平由高变低，S 3点由低变高，又将IC 2a 复位，使Q 1变为低电平。在t 4时刻，VT 1和VT 2恢复到被光照的状态，S 2端的电平由高变低，但IC 2a 和IC 2b 的输出状态仍保持不变。同理，当有人走出门时，则是先遮挡VT 2，后遮挡VT 1，识别电路的Q 1端为低电平，而Q 2端输出一正跳脉冲。

3、计数电路原理

如图3-5-1所示，IC 3~IC5为双时钟、可预置数的二—十进制加/减可逆计数器CD40192，它们组成三位可逆计数电路。CD40192有两个时钟输入端，一个是加计数输入端CP U ，另一个是减计数输入端CP D ，当一个计数输入端为高电平时，而另一个计数输入端有正脉冲输入，电路即进行加计数运算或减计数运算。CD40192的预制控制端PE 与预置数输入端D 1~D4端的预置数传递到计数器的输出端，本电路没有使用这一功能，而是将D 1~D接地，PE 端接高电平。CD40192还没有进位输出端Q CO 和借位输出端Q BO 。当CD40192的加计数达到最大值（1001）且加计数时钟脉冲输入是低电平时，Q CO 端输出一负脉冲；当CD40192减计数达到零（0000）且减计数是时钟脉冲输入是低电平时，Q BO 端输出一负脉冲。因此，将前级的Q CO 、Q BO 分别与后级的CP U 、CP D 相连，便可形成级联多位可逆计数电路。

4、译码显示电路

如图3-5-1所示，IC 6~IC8为BCD 锁存/七段译码/驱动器CD4511，用来将计数器IC 3~IC5的计数结果译成七段笔画码，并驱动数码管IC 9~IC11显示计数结果。由于IC 2a 的Q 1连接至IC 3的加计数脉冲输入端CP 1，而IC 2b 的Q 2端与IC 3的减计数脉冲输入端CP D 相连，因而图示电路的统计人数结果为现有的总人数。若要统计进入的总人数，可从IC 2a 的Q 1输出进入脉冲，然后再接入加计数器，译码及显示电路即可。

参 考 文 献

1 赵文博．新型常用集成电路速查手册．北京：人民邮电出版社，2006 2 张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计．北京：电子工业出版社，2004

3 付植桐，尹常永．电子技术．北京：高等教育出版社，2004 4 庄玉欢．模拟电子技术．成都：电子科技大学出版社，1991 5 熊保．电子技术基础．北京：中国电力出版社，1994

6 谢淑如，郑光钦，杨渝生．protel pcb 99 se 电路板设计．北京：清华大学出版社，2002

7 王克义，李洁．电子技术与数字电路．北京：北京大学出版社，1996 8 清华大学电子学教研组编．童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．第三版．北京：高等教育出版社，2001

9 黄继昌．传感器工作原理及应用实例．北京：人民邮电出版社，1998 10 王汝琳，王永涛．红外检测技术．北京：化学工业出版社，2006

后 记

本论文的设计及撰写是在导师***讲师的悉心指导与帮助下完成的。导师严谨的治学作风、认真的科研态度、渊博的专业知识以及对待生活的态度深深的感染了我，这些积累不管是在现在，还是在将来都会对我产生极大的影响，使我受益匪浅。在这次毕业设计的电路仿真，软件的编程、调试过程中，我从*老师那里得到了极大的帮助，学习了很多的实际工作经验和专业素质。在此，向*老师表示我最衷心的感谢。

另外在设计的制作、调试过程中，我得到了本专业的许多同学的帮助与支持，在此，我一并表示感谢。

人生宛若白驹过隙，转瞬又是栀子花开时节，我的大学生活即将结束，回首想想我的大学生活，我学了很多知识，专业的、非专业的、为人处事的等等。在此，我要感谢***职业技术学院，感谢所以悉心教导过我的老师们，错误！未找到引用源。感谢曾经给我帮助的同学和朋友们。也深深感谢不断支持我的家庭，父母。