龔嘉言

襄陽(yáng)市第四中學(xué) 湖北襄陽(yáng) 441021

基于紅外感應(yīng)的貨物計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龔嘉言

襄陽(yáng)市第四中學(xué) 湖北襄陽(yáng) 441021

本文設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中非常使用的紅外計(jì)件器，當(dāng)“貨物”從紅外發(fā)射管和紅外接收管中間通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過(guò)與非門(mén)電路使該脈沖變?yōu)楦叩碗娖?，用這個(gè)高低電平作為計(jì)數(shù)器的技術(shù)脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到脈沖后，數(shù)碼管顯示數(shù)增加“1”，數(shù)碼管可計(jì)數(shù)0—99。當(dāng)有“貨物”通過(guò)紅外檢測(cè)電路時(shí)，紅外檢測(cè)電路輸出檢測(cè)脈沖，但是若2秒內(nèi)沒(méi)有“貨物”通過(guò)時(shí)，即紅外檢測(cè)電路輸出脈沖失落時(shí)，由555時(shí)基電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路將輸出信號(hào)給蜂鳴器報(bào)警；在整個(gè)計(jì)件過(guò)程中，可以通過(guò)按鍵隨時(shí)清除計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。

紅外檢測(cè)；NE555；計(jì)數(shù)模塊；蜂鳴報(bào)警

一、引言

當(dāng)今社會(huì)是信息時(shí)代，是獲取信息和處理信息，以及信息應(yīng)用的時(shí)代。傳遞信息與檢測(cè)技術(shù)的重要性在于它是獲得信息并對(duì)信息進(jìn)行一定處理的基礎(chǔ)技術(shù),是獲取信息和信息加工處理的重要手段之一。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的紅外計(jì)件器能工作于各種工作場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，所涉及的技術(shù)包括：紅外載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外脈沖處理技術(shù)、紅外遙控系統(tǒng)編碼及譯碼技術(shù)、電路設(shè)計(jì)與演示板制作技術(shù)、報(bào)警技術(shù)等?？捎糜跍y(cè)量商場(chǎng)、電影院、博物館、展覽觀、車(chē)站、碼頭、銀行等公共場(chǎng)所的人員數(shù)量、人員流通數(shù)量、貨物數(shù)量，以及可檢查產(chǎn)品有無(wú)缺損。

二、設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理如下：當(dāng)有貨物從收發(fā)模塊經(jīng)過(guò)后數(shù)碼管顯示數(shù)值加1，當(dāng)有貨物通過(guò)紅外檢測(cè)電路時(shí)，紅外檢測(cè)電路輸出檢測(cè)脈沖，若2秒內(nèi)沒(méi)有貨物通過(guò)紅外收發(fā)模塊即紅外檢測(cè)電路輸出脈沖失落時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，計(jì)件過(guò)程中可通過(guò)按鍵隨時(shí)清除計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)有脈沖失落時(shí)，該蜂鳴器報(bào)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(shí)現(xiàn)不同的功能，在本系統(tǒng)中紅外收發(fā)管用來(lái)檢測(cè)貨物，CD4093將檢測(cè)將紅外接收管的信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平，作為74LS192的計(jì)數(shù)脈沖，CD4511用來(lái)顯示七段數(shù)碼管，NE555用來(lái)檢測(cè)失落脈沖以帶動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。接下來(lái)將主要介紹這些元器件的結(jié)構(gòu)、引腳和功能。

3.1 CD4093-四與非門(mén)施密特觸發(fā)器

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

3.2 74LS192 - 可預(yù)置加減計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)記錄脈沖數(shù)，還常用作數(shù)子系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。計(jì)數(shù)器種類很多，按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。本系統(tǒng)中主要使用74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。

3.3 CD4511 -顯示譯碼器

譯碼管是一個(gè)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(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)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(shí)基芯片

555集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。

3.5 紅外收發(fā)管

紅外收發(fā)對(duì)管是一種利用紅外線的開(kāi)關(guān)管，接受管在接受和不接受紅外線時(shí)電阻發(fā)生明顯的變化，利用外圍電路可以時(shí)輸出產(chǎn)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(gè)常用的波段：850NM、875NM、940NM。850NM波長(zhǎng)的主要用于紅外線監(jiān)控設(shè)備，875NM主要用于醫(yī)療設(shè)備，940NM波段的主要用于紅外線控制設(shè)備。EG：紅外線遙控器、光電開(kāi)關(guān)、光電計(jì)數(shù)設(shè)備等。[1]

3.6 蜂鳴器

蜂鳴器有二種，一種可以通過(guò)直流電壓控制，分5v，9v，12v超電壓使用，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路則產(chǎn)生振蕩驅(qū)動(dòng)電壓，發(fā)出音調(diào)固定的聲音；另一種像喇叭一樣，可以用變化的電壓直接驅(qū)動(dòng)。改變頻率則可以控制音調(diào)，驅(qū)動(dòng)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(cè)模塊、計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)碼管顯示模塊、失落脈沖檢測(cè)模塊、蜂鳴器模塊。

4.1 紅外檢測(cè)模塊

紅外檢測(cè)模塊中，紅外發(fā)射管TX一直處于發(fā)射狀態(tài)，當(dāng)沒(méi)有貨物通過(guò)使，紅外接收管接收到紅外線。

4.2 計(jì)數(shù)模塊

計(jì)數(shù)模塊，紅外檢測(cè)模塊中CD4093的4腳為計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)脈沖。

4.4 數(shù)碼管顯示模塊

數(shù)碼管顯示模塊的示,CD4511將輸入端A、B、C、D的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼供七段數(shù)碼管顯示，兩個(gè)數(shù)碼管顯示數(shù)字的位00-99。

4.5 失落脈沖檢測(cè)與蜂鳴器模塊

失落脈沖檢測(cè)模塊，當(dāng)沒(méi)有貨物通過(guò)時(shí)，信號(hào)1為低電平，三級(jí)管Q5截止，VCC通過(guò)電子R40給電容C10充電，當(dāng)貨物2秒后還沒(méi)通過(guò)，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(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)有貨物通過(guò)時(shí)，信號(hào)1為高電平，三極管導(dǎo)通，電容C10通過(guò)三極管集電極-發(fā)射極對(duì)地放電。[2]

五、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文所設(shè)計(jì)紅外計(jì)數(shù)器電路較合理，且操作簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)所應(yīng)用的紅外對(duì)管是一種在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制中常用到的光電傳感器，通過(guò)CD4093對(duì)信號(hào)的處理使信號(hào)穩(wěn)定。設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)范圍是兩位，若要增加計(jì)數(shù)位數(shù)，可直接對(duì)計(jì)數(shù)顯示部分進(jìn)行擴(kuò)展。

[1]邱關(guān)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(shù).2版 北京:電子工業(yè)出版社