房间人数动态统计电路的设计与研究

杨 奇

(昌吉学院物理系，新疆 昌吉 831100)

1.引言

随着科技的迅速发展，各种管理系统应用到社会的各个领域。高等院校作为科技发展的前沿阵地，实现对学生实验室、图书馆以及各个教室的学生人数信息化管理是一个必然的趋势和潮流，采用传统的手工管理模式已经逐渐不能适应时代的发展。因此开发设计一个房间人数动态统计电路具有重要的价值和意义，该电路可以自动记录人数变化，便于人员流动场所的人数动态统计。

2.设计要求

设计一个利用光线的通断来统计实验室人数的电路。

设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门口时（无论是进入或是走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路。要求根据光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开，当有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开时进行减计数。

3.设计整体思路

整个系统主要由三部分组成：光电检测电路、进出判断电路、加/减计数器电路和译码显示电路组成。如图1。

工作原理：首先由光电控制电路将接收的光信号转换为电信号，经由555定时器组成的施密特触发器进行整形和生成单稳态触发脉冲，输出计数脉冲信号进行计数，再通过译码显示电路在数码管上显示数字的增加或减少。最终实现自动计数功能。

4.光电检测电路

光电检测电路是由两个上下对称，且电路结构完全相同的555定时器构成的施密特触发器，如图2所示，分别安装在门的进口和出口两个位置。两个光电控制电路之间距离不能太远，最多为人身体的厚度以保证有两个检测光敏电阻都被挡住的时刻。

原理分析：RG为光敏电阻。当RG有光照射时，其阻值下降，TH端电压下降，输出端口3此时输出高电平；反之RG弱光时，其阻值上升，TH端电压上升，输出端口3此时输出低电平。

图2 光电控制电路

5.进、出判断电路

进、出判断电路由一片74LS74双D触发器和两个非门构成，如图3所示。其中a点和b点分别是图2光电控制电路进口和出口的输出端即555定时器的输出端3脚，a、b分别与两个D触发器的cp时钟脉冲相连，然后分别通过非门与另一个D触发器的R复位端相连，两个D触发器的输入端D和置数端S均接高电平1。虽然电路结构简单，但作用非常大，不仅能判断出是进入房间还是离开房间，当进来一个人时电路中A点输出一个高电平脉冲1，当出去一个人时电路中B点输出一个高电平脉冲1，而且控制后面的加/减计数器电路部分。

原理分析：无人时：由图2分析，a=b=1，使两个D触发器的复位端R有效，此时触发器输出端A=B=0。

当有人进入时：刚开始a=0，b=1，此时U2复位端R无效，当U2的cp有上升沿时B输出1，U1复位端有效，A点输出0；继续进入时：a=b=0，此时U1、U2复位端R均无效，此时 CP1=CP2=0，A=B=0。人体离开时：a=1，b=0，此时 a的 1通过非门给U2的复位端R使复位端有效，此时U2的输出端B为低电平0，而U1的CP1由0变为1提供一个上升沿，b的0通过非门给U1的复位端R使复位端无效，此时U1的输出端A为高电平1给后面的加计数端计数。

当有人出去时：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。

图3 时序控制电路

6.计数器电路

如图4所示的电路主要由十进制加、减计数器CC40110组成，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、BO为借位输出端、CO为进位输出端。图4是一个两位计数器电路，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，这样当进入一个人时，A点输出一个高电平脉冲，计数器加一，每出去一个人时，B点输出一个高电平脉冲，计数器减一，因此图4计数器显示的是现有人数。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。

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所示的电路装置，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。

图4 计数器电路

7.结语

该电路不管进出人员速度快慢均可准确无误地检测计数，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，光电控制电路的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。该电路不仅可以用于学校自动记录各个教室、实验室和图书馆的学生人数，便于学校教学管理，还可广泛应用于自动记录出入商场的人数，便于商场的规范化与营运管理等等。

[1]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]付家才.电子实验与实践[M].北京：高等教育出版社，2004.