河南城建学院《安全检测技术》课程设计任务书产品计数器的电路设计班级0232111姓名学号023211128专业安全监测技术指导教师黄战峰、马斌环境与市政工程系2012年6月14日摘要计数器对某物件进行自动计数，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，实现统计数据的搜集，如在生产流水线包装数量控制等领域的应用，能节省劳动力有能高效地完成任务。

光电计数器采用光电传感器构成的广电门实现对通过光电门的物体进行计数，是一种非接触式计数，在部分场合有着其无比的优越性，从而使其广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。

本设计为实现光电计数器的功能，采用模数结合的电路，以红外对射光电传感器为传感器件。

电路主要分为信号采集电路、两位十进制计数电路、数码显示电路、报警电路四个模块，分别实现对通过光电门的物体感应，计数，显示，并按要求完成报警功能。

计数范围为一百，可以预设计数数目，当计数达到设定后，停止计数并报警，可手动清除报警；还可以计数达一百时，闪灯报警两秒。

关键词：计数器光电传感器数码显示报警目录摘要0前言3第一章设计内容及要求3第二章设计方案4第三章系统组成53.1 系统框图53.2 单元电路设计53.2.1 信号采集电路设计63.2.2 计数电路103.2.3 数码显示电路133.2.4 定数报警电路143.2.5 满百报警电路18附录一总原理图19附录二元件清单20总结21参考文献22前言工业生产中常常需要自动统计产品的数量，计数器在这里有其用武之地。

而数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。

数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和非接触式计数器两种。

本设计的光电计数器为非接触式计数器中的一种。

光电计数器采用光电传感器利用光学原理实现对物件的数目统计。

光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。

它的理论基础是光电效应。

这类效应大致可分为三类。

第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。

利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。

第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。

这类器件包括各类半导体光敏电阻。

第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。

这类器件包括光电池、光电晶体管等。

光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。

敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。

市场上的光电计数器采用的光电传感器有摄像头、光电管等，采用的光的种类有普通光和激光，可见光和不可见光等。

本文采用的传感器为红外光电传感器。

第一章设计内容及要求利用发光二极管和光敏三极管作为光电计数器的传感器进行计数，用数码管显示计数值，当数码管显示值与设定值相同时报警，此外计数器停止计数，手动清除报警后可重新工作。

发光器件和光接收器之间的距离大于lM；有抗干扰技术，防止背景光和瓶子抖动产生计数误差；每计数100，用灯闪烁2S指示一下。

第二章设计方案为实现以上要求，本设计方案采用红外发射管采用直流供电，接收对管判断是否有物体通过光电门，并且当物体通过光电门时输出一个高电平，触发后面的加法计数器，使其加一，为简单起见，计数器为一组BCD码输出，输出由BCD-七段数码管译码器译码，输入至数码管显示。

同时设有四位二进制数码比较器，由拨码盘预先设定一个数量，比较器时时将计数器输出与预设数字进行比较，当两者相同时，发出信号，使计数器停止工作，并且触发定数报警器工作，发出报警。

另此设计还有脉冲电路为红外发光二极管供电，使其发射红外脉冲，从而可以提高瞬时功率而使平均功率满足正常工作要求，从而可以加大光电门的宽度，以通过较大的物体。

同时再增加一组BCD码，使计数范围加大，实现一百以内的计数。

又为了间接扩大计数范围，增加了计数满一百，闪灯两秒的提示。

在此方案基础上，脉冲发射电路中采用的振荡器采用555构成的多谐荡器，其结构简单，便于调试。

计数器本设计采用两块74LS190进行级联，实现模一百计数器。

在定数报警电路中，采用两块74LS85实现两组BCD码的比较，报警方式采用蜂鸣器报警。

在整百报警电路中，采用555构成单稳态触发器，实现两秒延时，闪灯由555多谐振荡器控制，实现大概每秒3次的闪烁。

第三章系统组成3.1 系统框图本设计采系统结构如下图1所示：图1 系统框图由图1可见，系统可分为信号采集、计数、显示、定数报警、满百报警四个功能块。

3.2 单元电路设计3.2.1 信号采集电路设计该电路主要由脉冲（方波）发生电路，光电转换电路，信号滤波比较电路组成。

脉冲发生电路为555构成的多谐振荡器，振荡频率大约为30KHz，555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级，它提供两个基准电压，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。

A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接VCC。

是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

在本设计中，要求发光器件和光接收器之间的距离大于lM，这就需要增大发光器件的瞬时发射功率但又保证平均功率在正常工作范围内，这样只有缩短每次发光器件的工作时间，反映到脉冲发生电路即是减小脉冲的占空比。

但上述电路的占空比始终大于50%，且调节影响频率。

改进型的555多谐振荡器可以方便的调节制定占空比，电路如下图2所示：图2电路中增加了两个导引二极管，使充放电的电流流过指定的电阻，只要分别调节和的比例就可以方便的调节输出波形的占空比。

上电路中，震荡周期T和占空比η分别为：…………式3.1……………………式3.2本设计中输出波形的频率大约为30KHz，占空比大约是20%。

所以……式3.3……………………式3.4按常规，电阻和电容选取不宜过大或过小，中和调节，选取电容0.022μF，电阻=390Ω，电阻选用2KΩ的电位器，调节至大约1.8KΩ。

光电转换电路采用红外发光二极管和光敏三极管作为光电转换传感器，采用典型电路，如下图3所示：图3 光电转换电路从555多谐振荡器输出的信号控制小功率三极管的导通与截止，从而控制发光二极管发光与否。

接收电路由光敏三极管上接电源并加一下拉电阻实现。

发光二极管的正常工作压降大约是1.2V，电流大约是20mA，从而可以估算出限流电阻大约是150Ω，但是由于由脉冲信号控制，工作时间大约占20%，因此瞬时功率可以提高5倍，即限流电阻减小80%，大约是30Ω。

光敏三极管在无光照射下，电阻可达输兆欧姆，有足够的关照时，电阻降到几千欧姆，因此其分压电阻可以取几十到几百千欧，具体需根据实际情况调整，这里采用了典型值33KΩ。

图3中节点3输出含有直流分量的信号，其交流部分大致同步于前面脉冲输出信号。

光电转换电路输出信号在有、无物件遮挡住光线时，都输出含有直流交流分量的信号。

因此通过滤波电路，可以将两种信号转换为不同电压的直流信号，再通过一定阈值的比较器，可以将两种信号转换为数字电路中的高低电平，从而控制后续电路。

电路如下图4所示：图4 滤波比较电路电路中，和构成滤波电路，为了减小纹波，一般电阻、电容取得较大。

但电容和电阻取得过大又会使的在两种输入信号切换时，电路反应迟钝，这里选用了一般值。

比较电路采用LM258构成，3脚输入参考电压，即是阈值电压，2脚输入待处理信号。

阈值的选取需根据实际情况设定，是电路能够准确的区分两种不同的输入信号电压，因此采用一电位器从电源分压获得，其中电容为纹波滤除电容。

综合上述三个单元电路，信号采集电路可以实现“发光器件和光接收器之间的距离大于lM；抗干扰，防止背景光和瓶子抖动产生计数误差”要求，电路情况为当有物体通过时，遮挡住红外光线，电路输出高电平，平时输出低电平。

3.2.2 计数电路计数电路主要采用计数器统计信号采集电路输出的脉冲个数，实现对物件计数的功能。

为了使电路简单化，在此选用74LS190为此电路的计数器。

74LS190为可预置十进制同步加减计数器，其功能表如下表1、表2。

其预置是异步的，当置入控制端为低电平时，不管时钟端CP状态如何，输出端即预置成与数据输入端相一致的状态。

其计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。

当计数控制端为低电平时，在CP上升沿作用下同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

当计数方式控制为低电平时进行加计数；当为高电平时进行减计数。

只有在CP为高电平时和才可以跳变。

其有超前进位功能，当计数上溢或下溢时，进位/借位输出端输出一个宽度等于脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端输出一个宽度等于CP低电平部分的低电平脉冲。

；利用端可级联成N位同步计数器。

当采用并行时钟控制时，则将接到后一级；当采用并行控制时，则将接到后一级CP。

输入输出CPL ×××d0d1d2d3d0d1d2d3H L L ↑××××加计数H L H ↑××××减计数H H ××××××保持表1 功能表状态输出CPL HH ××H×L ×HH 高电平;L 低电平;低电平脉冲;×任意;↑上升沿表二本设计要求设计两位十进制计数器，根据其具备的功能，可得电路，如下图5，其中和分别为低位和高位的BCD码输出，CLK输入端为信号采集电路的输出信号，RESET输入端为复位电路的复位信号，HOLD为定数报警电路的锁定信号。

正常计数时，RESET为高电平，HOLD为低电平。

当计数满一百时，输出端FLASH输出一个下降沿，用以触发满百报警电路。

图5 两位十进制计数电路图6 上电复位电路复位电路如图6，是一个典型的上电低电平复位电路。

刚通电时，电容充电，RESET的电压接近于0V，随着电容不断充电，RESET的电压逐渐上升，当达到74LS190的高电平定义电压时，复位结束。