楊 奇

(昌吉學院物理系，新疆 昌吉 831100)

1.引言

隨著科技的迅速發(fā)展，各種管理系統(tǒng)應(yīng)用到社會的各個領(lǐng)域。高等院校作為科技發(fā)展的前沿陣地，實現(xiàn)對學生實驗室、圖書館以及各個教室的學生人數(shù)信息化管理是一個必然的趨勢和潮流，采用傳統(tǒng)的手工管理模式已經(jīng)逐漸不能適應(yīng)時代的發(fā)展。因此開發(fā)設(shè)計一個房間人數(shù)動態(tài)統(tǒng)計電路具有重要的價值和意義，該電路可以自動記錄人數(shù)變化，便于人員流動場所的人數(shù)動態(tài)統(tǒng)計。

2.設(shè)計要求

設(shè)計一個利用光線的通斷來統(tǒng)計實驗室人數(shù)的電路。

設(shè)計兩路光控電路，一路放置在門外，另一路設(shè)置在門里，當有人通過門口時（無論是進入或是走出房間），都會先觸發(fā)一個光控電路，再觸發(fā)另一個光控電路。要求根據(jù)光控電路產(chǎn)生觸發(fā)的先后順序，判斷人員是進入還是離開，當有人進入時令計數(shù)器進行加計數(shù)，當有人離開時進行減計數(shù)。

3.設(shè)計整體思路

整個系統(tǒng)主要由三部分組成：光電檢測電路、進出判斷電路、加/減計數(shù)器電路和譯碼顯示電路組成。如圖1。

工作原理：首先由光電控制電路將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)由555定時器組成的施密特觸發(fā)器進行整形和生成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖，輸出計數(shù)脈沖信號進行計數(shù)，再通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示數(shù)字的增加或減少。最終實現(xiàn)自動計數(shù)功能。

4.光電檢測電路

光電檢測電路是由兩個上下對稱，且電路結(jié)構(gòu)完全相同的555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，如圖2所示，分別安裝在門的進口和出口兩個位置。兩個光電控制電路之間距離不能太遠，最多為人身體的厚度以保證有兩個檢測光敏電阻都被擋住的時刻。

原理分析：RG為光敏電阻。當RG有光照射時，其阻值下降，TH端電壓下降，輸出端口3此時輸出高電平；反之RG弱光時，其阻值上升，TH端電壓上升，輸出端口3此時輸出低電平。

圖2 光電控制電路

5.進、出判斷電路

進、出判斷電路由一片74LS74雙D觸發(fā)器和兩個非門構(gòu)成，如圖3所示。其中a點和b點分別是圖2光電控制電路進口和出口的輸出端即555定時器的輸出端3腳，a、b分別與兩個D觸發(fā)器的cp時鐘脈沖相連，然后分別通過非門與另一個D觸發(fā)器的R復位端相連，兩個D觸發(fā)器的輸入端D和置數(shù)端S均接高電平1。雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但作用非常大，不僅能判斷出是進入房間還是離開房間，當進來一個人時電路中A點輸出一個高電平脈沖1，當出去一個人時電路中B點輸出一個高電平脈沖1，而且控制后面的加/減計數(shù)器電路部分。

原理分析：無人時：由圖2分析，a=b=1，使兩個D觸發(fā)器的復位端R有效，此時觸發(fā)器輸出端A=B=0。

當有人進入時：剛開始a=0，b=1，此時U2復位端R無效，當U2的cp有上升沿時B輸出1，U1復位端有效，A點輸出0；繼續(xù)進入時：a=b=0，此時U1、U2復位端R均無效，此時 CP1=CP2=0，A=B=0。人體離開時：a=1，b=0，此時 a的 1通過非門給U2的復位端R使復位端有效，此時U2的輸出端B為低電平0，而U1的CP1由0變?yōu)?提供一個上升沿，b的0通過非門給U1的復位端R使復位端無效，此時U1的輸出端A為高電平1給后面的加計數(shù)端計數(shù)。

當有人出去時：B點輸出一個高電平脈沖，出去時的工作過程讀者可自行分析。

圖3 時序控制電路

6.計數(shù)器電路

如圖4所示的電路主要由十進制加、減計數(shù)器CC40110組成，其管腳CPU端為計數(shù)加時鐘輸入端、CPD為計數(shù)減輸入端、CR為復位端、CT為計數(shù)允許控制端、LE為鎖存器預置端、BO為借位輸出端、CO為進位輸出端。圖4是一個兩位計數(shù)器電路，將圖4中的A點與圖3中的A點相連接，將圖4中的B點與圖3中的B點相連接，這樣當進入一個人時，A點輸出一個高電平脈沖，計數(shù)器加一，每出去一個人時，B點輸出一個高電平脈沖，計數(shù)器減一，因此圖4計數(shù)器顯示的是現(xiàn)有人數(shù)。如果想記錄總共進入多少人，可再增加一個圖4所示計數(shù)器電路，其中A點與圖3中的A點連接，這樣每進入一個人，計數(shù)器加一個數(shù)，由于B點未連接，該計數(shù)器只加不減，因此新增設(shè)的這個計數(shù)器，記錄的人數(shù)即為進入的總?cè)藬?shù)。同理，如果想記錄總共出去多少人，可再增加一個圖4所示計數(shù)器電路，其中B點與圖3中的B點連接。

以上分析的是現(xiàn)場只有一個門的情況，如果現(xiàn)場有兩個門或三個門，那么每個門都要設(shè)置如圖1與圖3所示的電路裝置，再用計數(shù)器分別記錄各個門的人員進出數(shù)據(jù)，然后可將各個門記錄的數(shù)據(jù)用加法器電路相加后再由數(shù)碼管顯示出來。

圖4 計數(shù)器電路

7.結(jié)語

該電路不管進出人員速度快慢均可準確無誤地檢測計數(shù)，但如果兩人同時進出，則造成計數(shù)錯誤，因此光電檢測通道不能太寬，以免造成計數(shù)誤差，光電控制電路的安裝位置不可過高或過低，以保證每經(jīng)過一個人只計一個數(shù)。該電路不僅可以用于學校自動記錄各個教室、實驗室和圖書館的學生人數(shù)，便于學校教學管理，還可廣泛應(yīng)用于自動記錄出入商場的人數(shù)，便于商場的規(guī)范化與營運管理等等。

[1]王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]付家才.電子實驗與實踐[M].北京：高等教育出版社，2004.