龔嘉言

襄陽市第四中學 湖北襄陽 441021

基于紅外感應的貨物計數系統(tǒng)設計

龔嘉言

襄陽市第四中學 湖北襄陽 441021

本文設計并制作了一個現(xiàn)實生活中非常使用的紅外計件器，當“貨物”從紅外發(fā)射管和紅外接收管中間通過時產生一個脈沖，通過與非門電路使該脈沖變?yōu)楦叩碗娖?，用這個高低電平作為計數器的技術脈沖，當計數器計到脈沖后，數碼管顯示數增加“1”，數碼管可計數0—99。當有“貨物”通過紅外檢測電路時，紅外檢測電路輸出檢測脈沖，但是若2秒內沒有“貨物”通過時，即紅外檢測電路輸出脈沖失落時，由555時基電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路將輸出信號給蜂鳴器報警；在整個計件過程中，可以通過按鍵隨時清除計數數據。

紅外檢測；NE555；計數模塊；蜂鳴報警

一、引言

當今社會是信息時代，是獲取信息和處理信息，以及信息應用的時代。傳遞信息與檢測技術的重要性在于它是獲得信息并對信息進行一定處理的基礎技術,是獲取信息和信息加工處理的重要手段之一。本系統(tǒng)設計的紅外計件器能工作于各種工作場合，具有較強的實際應用價值，所涉及的技術包括：紅外載波數據傳輸技術、紅外脈沖處理技術、紅外遙控系統(tǒng)編碼及譯碼技術、電路設計與演示板制作技術、報警技術等。可用于測量商場、電影院、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等公共場所的人員數量、人員流通數量、貨物數量，以及可檢查產品有無缺損。

二、設計原理

本系統(tǒng)的設計原理如下：當有貨物從收發(fā)模塊經過后數碼管顯示數值加1，當有貨物通過紅外檢測電路時，紅外檢測電路輸出檢測脈沖，若2秒內沒有貨物通過紅外收發(fā)模塊即紅外檢測電路輸出脈沖失落時，蜂鳴器報警，計件過程中可通過按鍵隨時清除計數數據。

設計蜂鳴器的驅動電路，當有脈沖失落時，該蜂鳴器報警。

三、系統(tǒng)硬件介紹

本系統(tǒng)主要由CD4093、74LS192、CD4511、NE555、紅外收發(fā)管、蜂鳴器電阻、電容、等元件組成。它們不同連接能實現(xiàn)不同的功能，在本系統(tǒng)中紅外收發(fā)管用來檢測貨物，CD4093將檢測將紅外接收管的信號轉換為高低電平，作為74LS192的計數脈沖，CD4511用來顯示七段數碼管，NE555用來檢測失落脈沖以帶動蜂鳴器報警。接下來將主要介紹這些元器件的結構、引腳和功能。

3.1 CD4093-四與非門施密特觸發(fā)器

CD4093由四個2輸入端的施密特觸發(fā)器電路組成，每個電路均為兩輸入端。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。

3.2 74LS192 - 可預置加減計數器

計數器是一個用以實現(xiàn)計數功能的時序部件，它不僅可用來記錄脈沖數，還常用作數子系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數字運算以及其它特定的邏輯功能。計數器種類很多，按構成計數器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，可分為同步計數器和異步計數器。本系統(tǒng)中主要使用74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能。

3.3 CD4511 -顯示譯碼器

譯碼管是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。

3.4 NE555 - 時基芯片

555集成電路開始是作定時器應用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，還可用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調制等。

3.5 紅外收發(fā)管

紅外收發(fā)對管是一種利用紅外線的開關管，接受管在接受和不接受紅外線時電阻發(fā)生明顯的變化，利用外圍電路可以時輸出產生明顯的高低電平的變化。紅外線發(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個常用的波段：850NM、875NM、940NM。850NM波長的主要用于紅外線監(jiān)控設備，875NM主要用于醫(yī)療設備，940NM波段的主要用于紅外線控制設備。EG：紅外線遙控器、光電開關、光電計數設備等。[1]

3.6 蜂鳴器

蜂鳴器有二種，一種可以通過直流電壓控制，分5v，9v，12v超電壓使用，內部驅動電路則產生振蕩驅動電壓，發(fā)出音調固定的聲音；另一種像喇叭一樣，可以用變化的電壓直接驅動。改變頻率則可以控制音調，驅動電壓的幅值控制音量大小。

四、系統(tǒng)主要模塊

本系統(tǒng)由五大模塊組成，分別是紅外檢測模塊、計數器模塊、數碼管顯示模塊、失落脈沖檢測模塊、蜂鳴器模塊。

4.1 紅外檢測模塊

紅外檢測模塊中，紅外發(fā)射管TX一直處于發(fā)射狀態(tài)，當沒有貨物通過使，紅外接收管接收到紅外線。

4.2 計數模塊

計數模塊，紅外檢測模塊中CD4093的4腳為計數模塊的計數脈沖。

4.4 數碼管顯示模塊

數碼管顯示模塊的示,CD4511將輸入端A、B、C、D的數據轉換為BCD碼供七段數碼管顯示，兩個數碼管顯示數字的位00-99。

4.5 失落脈沖檢測與蜂鳴器模塊

失落脈沖檢測模塊，當沒有貨物通過時，信號1為低電平，三級管Q5截止，VCC通過電子R40給電容C10充電，當貨物2秒后還沒通過，則電容C10充電到6腳電壓大于2/3VCC，電容放電，NE555輸出為低電平,Q4導通，蜂鳴器報警。當有貨物通過時，信號1為高電平，三極管導通，電容C10通過三極管集電極-發(fā)射極對地放電。[2]

五、結論

實驗結果證明，本文所設計紅外計數器電路較合理，且操作簡單。本系統(tǒng)所應用的紅外對管是一種在自動檢測和自動控制中常用到的光電傳感器，通過CD4093對信號的處理使信號穩(wěn)定。設計的計數范圍是兩位，若要增加計數位數，可直接對計數顯示部分進行擴展。

[1]邱關源.電路.4版 北京:高等教育出版社,1999

[2]王衛(wèi)東.模擬電子技術.2版 北京:電子工業(yè)出版社