基于红外感应的货物计数系统设计

[摘要]本文设计并制作了一个现实生活中非常使用的红外计件器，当“货物”从红外发射管和红外接收管中间通过时产生一个脉冲，通过与非门电路使该脉冲变为高低电平，用这个高低电平作为计数器的技术脉冲，当计数器计到脉冲后，数码管显示数增加“1”，数码管可计数0―99。当有“货物”通过红外检测电路时，红外检测电路输出检测脉冲，但是若2秒内没有“货物”通过时，即红外检测电路输出脉冲失落时，由555时基电路的单稳态触发电路将输出信号给蜂鸣器报警；在整个计件过程中，可以通过按键随时清除计数数据。

[关键词]红外检测；NE555；计数模块；蜂鸣报警

一、引言

当今社会是信息时代，是获取信息和处理信息，以及信息应用的时代。传递信息与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行一定处理的基础技术，是获取信息和信息加工处理的重要手段之一。本系统设计的红外计件器能工作于各种工作场合，具有较强的实际应用价值，所涉及的技术包括：红外载波数据传输技术、红外脉冲处理技术、红外遥控系统编码及译码技术、电路设计与演示板制作技术、报警技术等。可用于测量商场、电影院、博物馆、展览观、车站、码头、银行等公共场所的人员数量、人员流通数量、货物数量，以及可检查产品有无缺损。

二、设计原理

本系统的设计原理如下：当有货物从收发模块经过后数码管显示数值加1，当有货物通过红外检测电路时，红外检测电路输出检测脉冲，若2秒内没有货物通过红外收发模块即红外检测电路输出脉冲失落时，蜂鸣器报警，计件过程中可通过按键随时清除计数数据。

设计蜂鸣器的驱动电路，当有脉冲失落时，该蜂鸣器报警。

三、系统硬件介绍

本系统主要由CD4093、74LS192、CD4511、NE555、红外收发管、蜂鸣器电阻、电容、等元件组成。它们不同连接能实现不同的功能，在本系统中红外收发管用来检测货物，CD4093将检测将红外接收管的信号转换为高低电平，作为74LS192的计数脉冲，CD4511用来显示七段数码管，NE555用来检测失落脉冲以带动蜂鸣器报警。接下来将主要介绍这些元器件的结构、引脚和功能。

3.1 CD4093-四与非门施密特触发器

CD4093由四个2输入端的施密特触发器电路组成，每个电路均为两输入端。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。

3.2 74LS192 - 可预置加减计数器

计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来记录脉冲数，还常用作数子系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器。本系统中主要使用74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。

3.3 CD4511 -显示译码器

译码管是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。

3.4 NE555 - 时基芯片

555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。

3.5 红外收发管

红外收发对管是一种利用红外线的开关管，接受管在接受和不接受红外线时电阻发生明显的变化，利用电路可以时输出产生明显的高低电平的变化。红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段：850NM、875NM、940NM。850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。EG：红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。[1]

3.6 蜂鸣器

蜂鸣器有二种，一种可以通过直流电压控制，分5v，9v，12v超电压使用，内部驱动电路则产生振荡驱动电压，发出音调固定的声音；另一种像喇叭一样，可以用变化的电压直接驱动。改变频率则可以控制音调，驱动电压的幅值控制音量大小。

四、系统主要模块

本系统由五大模块组成，分别是红外检测模块、计数器模块、数码管显示模块、失落脉冲检测模块、蜂鸣器模块。

4.1 红外检测模块

红外检测模块中，红外发射管TX一直处于发射状态，当没有货物通过使，红外接收管接收到红外线。

4.2 计数模块

计数模块，红外检测模块中CD4093的4脚为计数模块的计数脉冲。

4.4 数码管显示模块

数码管显示模块的示，CD4511将输入端A、B、C、D的数据转换为BCD码供七段数码管显示，两个数码管显示数字的位00-99。

4.5 失落脉冲检测与蜂鸣器模块

失落脉冲检测模块，当没有货物通过时，信号1为低电平，三级管Q5截止，VCC通过电子R40给电容C10充电，当货物2秒后还没通过，则电容C10充电到6脚电压大于2/3VCC，电容放电，NE555输出为低电平，Q4导通，蜂鸣器报警。当有货物通过时，信号1为高电平，三极管导通，电容C10通过三极管集电极-发射极对地放电。[2]

五、结论

实验结果证明，本文所设计红外计数器电路较合理，且操作简单。本系统所应用的红外对管是一种在自动检测和自动控制中常用到的光电传感器，通过CD4093对信号的处理使信号稳定。设计的计数范围是两位，若要增加计数位数，可直接对计数显示部分进行扩展。

参考文献

[1]邱关源.电路.4版 北京：高等教育出版社，1999

[2]王卫东.模拟电子技术.2版 北京：电子工业出版社