田泽正,田丰庆,薛海丽

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.新乡职业技术学院,河南新乡453003）

光电传感器在自动计数、光电报警等方面应用很广泛,但本文介绍的智能光电传感器不同于普通光电传感器,它的不同点是：当有人通过光电检测点时,它不仅能检测出是否有人员通过,同时能辨别通过的人员是进入的还是出去的.用该光电传感器再配合相应的计数器,通过显示器即可显示出：总共进来多少人,出去了多少人,现在还剩多少人.因此它可广泛应用于自动记录出入商场的人数,便于商场的规化与营运；用于自动记录展览馆和图书馆的人数,便于进出人员的统计；用于学校自动记录各个教室的学生人数,便于学校教学管理等等.

1 电路组成

本文电路主要由直流稳压电源、光电传感器电路及计数器电路等组成.光电传感器主要由红外光信号发射电路、光电检测及进出鉴别电路等组成.

1.1 直流稳压电源

直流稳压电源主要由电源变压器、桥式整流器、滤波电容器及三端稳压器等组成,其作用是为信号发射及信号检测等电路提供稳定的直流电源.

1.2 红外光信号发射电路

红外光信号发射电路如图1所示,主要由电阻R1～R4、电容器C1、二极管D1、D2、红外线发射二极管DL1及定时器电路555等组成.

图1 红外发射电路

2.3 光电检测及进出鉴别电路

光电传感器的设置如图2所示.

图2 光电传感器设置

光电检测及进出鉴别电路如图3所示,主要由光电二极管DL2、DL3、电阻R5～R10、电容器C2～C3、电压比较器U2（LM393）、十进制计数器电路U3（CC4518）等组成.

图3 信号检测及进出鉴别电路

LM393是一个双电压比较器电路,电路中两比较器的反相输入端2脚与6脚连接在一起,接一个固定电压,两同相输入端分别连接两个光电二极管,两比较器的输出端1脚与7脚分别与计数器U3A与U3B的计数时钟输入CLK及复位端R相连接.

CC4518是一个双十进制计数器电路,其中CLK为计数时钟输入端、R为复位端、EN为计数允许控制端、Q0～Q3为BCD码输出端.

2.4 计数器电路

图4所示的应用电路主要由十进制加、减计数器CC40110及数码管等组成.

3 工作过程

3.1 红外光信号发射电路工作过程

红外光信号发射电路的作用是发射光电检测电路需要的红外光信号.

图1是一个由时基电路555组成的振荡器,为了节约电能,电路组成窄脉冲发生器,R2、R3分别选不同的阻值,可改变占空比,如图（1）中数值,占空比约10%.改变C1的数值,可改变振荡频率,如图中数值,振荡频率约为560Hz.电路输出端通过R4驱动红外线发射二极管DL1,使其发出红外脉冲信号,供光电检测电路使用.

3.2 光电检测及进出鉴别电路工作过程

光电检测及进出鉴别电路的作用是检测及鉴别是否有人进出,当进来一个人时电路中A点输出一个高电平脉冲,当出去一个人时电路中B点输出一个高电平脉冲.后面的几个计数器电路分别记录总共进来多少人,总共出去多少人,现在还剩多少人.

图2中,光电二极管DL2、DL3放在进出通道的一侧,红外线发射二极管DL1放在进出通道的另一侧,并且正对DL2、DL3,两个光电二极管紧挨在一块,这样不仅可缩小体积,同时发射二极管只用一个即可.

当无人走过信号检测区的进出通道时,DL1发出的红外线同时照射在DL2与DL3上,DL2与DL3内阻减小,虽然DL1发射的是脉冲光,但由于R5与C2及R6与C3的时间常数较大,因此U2A的3脚与U2B的5脚电平均高于2脚与6脚电平,故U2A的输出端1脚与U2B的输出端7脚也为高电平.U2A的1脚与U3A的时钟端1脚及U3B的复位端15脚相连,此时由于15脚为高电平（复位状态）,故U3B输出端均为低电平,B点也为低电平；U3A的7脚与U3B的9脚相连,此时为高电平,因此U3A输出端均为低电平,A点也为低电平.此时计数器U3输出端A点与B点均无输出.

当有人走过信号检测区的通道时,方向如图中箭头所示,身体首先挡住DL1照射到DL2上的光线,此时U2A的3脚电平低于其2脚电平,U2A输出端1脚变为低电平,与其相连的U3B的15脚由原来的复位状态变为计数状态,此时U3B的9脚如果输入一个高电平脉冲,其输出端计一个数,即B点即输出高电平.当继续前进,此时人体同进挡住DL1照射到DL2与DL3的红外光线,U2B的5脚电平低于其6脚电平,U2B的7脚也变为低电平,与其相连的U3A的7脚由原来的复位状态变成计数状态,此时如果U3A的1脚输入一个高电平脉冲,其输出端即可计一个数,即A点输出高电平.继续前进,人体首先离开DL1照射到DL2上的红外光线,U2A的3脚变成高电平,其1脚也变为高电平,由于U3A的7脚此时仍为低电平,其时钟输入端1脚输入1个高电平,其输出端计一个数,即A点变成高电平.当人继续前进,离开光电检测区,即DL1发出的红外光又同时照射到DL2与DL3上时,计数器U3A与U3B均处于复位状态,输出端全为低电平,A点的高电平也消失.这样,每当有人走过信号检测区,进入时,A点输出一个高电平脉冲,出去时,B点输出一个高电平脉冲.出去时的工作过程读者可自行分析.

3.3 应用电路举例

单门计数器电路可选用十进制加、减计数器CC40110,其管脚CPU端为计数加时钟输入端、CPD为计数减输入端、CR为复位端、CT为计数允许控制端、LE为锁存器预置端、a～g为七段码输出端,BO为借位输出端、CO为进位输出端.

图4是一个三位计数器电路.将图4中的A点与图3中的A点相连接,将图4中的B点与图3中的B点相连接,这样每当信号检测区进入一个人时,A点输出一个高电平脉冲,计数器加一个数,每出去一个人时,B点输出一个高电平脉冲,计数器减去一个数,因此图4计数器显示的是进入的人数减去出去的人数,即现在有多少人.

如果想记录总共进入多少人,可再增加一个图4所示计数器电路,其中A点与图3中的A点连接,这样每进入一个人,计数器加一个数,由于B点未连接,该计数器只加不减,因此新增设的这个计数器,记录的人数即为进入的总人数.

同理,如果想记录总共出去多少人,可再增加一个图4所示计数器电路,其中B点与图3中的B点连接,这样每出去一个人,计数器加一个数,该计数器也是只加不减,因此这个计数器记录的人数即为出去的总人数.

图4 单门计数器电路

以上分析的是现场只有一个门的情况,如果现场有两个门或三个门,那么每个门都要设置如图1与图3所示的发射与接收装置,再用计数器分别记录各个门的人员进出数据,然后可将各个门记录的数据用加法器电路相加后再由数码管显示出来.

4 小结

该光电传感器,不管进出人员速度快慢,均可准确无误检测计数,但如果两人同时进出,则造成计数错误,因此光电检测通道不能太宽,以免造成计数误差.光电发射管与光电接收管必须对应安装,并且安装位置不可过高或过低,以保证每经过一个人只计一个数.

[1]陈贵灿.CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社,2002.

[2]张著.数字设计［M］.北京：北京理工大学出版社,2001.

[3]马俊兴.数字电子技术［M］.北京：科学出版社,2005.

[4]张辉宜.数字逻辑［M］.合肥：中国科学技术大学出版社,2005.