电子门卫系统之进出人员计数器2
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器
系别自动控制工程系班级自本082 学生姓名秦晓宇/刘泓杨/李慧/张哲慧/王晶/孟楠/赵莹/ 杨茜/汪训繁学号 01—09 指导教师张玉梅/曲延华职称讲师/讲师
课程设计进行地点：实训F103 任务下达时间： 2010年 7 月2日起止日期：2010 年 7月5日起——至 2010年 7月9日止
教研室主任秦宏 2010年 6月28日批准
电子门卫系统之出入人员计数器的设计
1 设计主要内容及要求
1.1 设计目的：
（1）掌握电子门卫系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2 基本要求
（1）对通过门禁系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；
（2）门禁系统里、外分别安装两个传感器（比如红外线传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人是进入还是出去；
（3）要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面还逗留的人员人数；（4）当逗留人数超限时报警（比如500人）。
1.3 发挥部分
（1）开启清场开关时，如有人进入，系统将报警。
（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出——即连续且只经过两次A（或B）的情况如何处理？
（3）其他。
2 设计过程及论文的基本要求：
2.1 设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3 时间进度安排
顺序阶段日期计划完成内容备注
1 2010.7.5 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分
2 2010.7.6 检查框图及初步逻辑图完成情况，讲解及纠正错误打分
3 2010.7.7 检查及改正逻辑图；讲解印刷电路板图绘制及报告书写打分
4 2010.7.8 继续修正逻辑图，指导印刷电路板图绘制方法，布置答辩打分
5 2010.7.9 答辩、写报告打分
2010-7-2
沈阳工程学院
数字电子技术课程设计成绩评定表
系（部）：自动控制工程系班级：自本082 学生姓名：刘泓杨
指导教师评审意见
评价内容具体要求权重评分
加权
分
调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案
和日程安排。
0.1 5 4 3 2
工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能
够独立完成设计工作，
0.2 5 4 3 2
工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度
适宜。
0.2 5 4 3 2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字
通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表
完备，书写工整规范。
0.5 5 4 3 2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分加权分合计
指导教师签名：年月日
评阅教师评审意见
评价内容具体要求权重评分
加权
分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.2 5 4 3 2 工作
量
工作量饱满，难度适中。0.5 5 4 3 2
说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字
通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表
完备，书写工整规范。
0.3 5 4 3 2 评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分加权分合计
评阅教师签名：年月日课程设计总评成绩分
中文摘要
时代在发展，人类在进步。随着电子技术的日新月异，各行业对电子学科人才的需求也越来越大。如今的电子技术已经在各个领域都得到了充分的利用，并且得到了人们的一致认可。如何为社会培养更多的具有创新能力、解决实际问题能力和高素质的电子学科人才，是目前高等教育的重要任务之一。为此，本学期我们专业开设了数字电子技术基础这门重要专业技术基础课。
本次的课程设计我们组设计的题目是电子门卫系统之进出人员计数器，这个系统的设计思路主要是把该系统划分为五个部分，判断人员进出电路、人员进出计数器、逗留人员计数器、比较电路以及发挥部分，然后把这几部分电路一一实现，最后连成一体构成一个完整的系统。该系统设计上主要应用的是中规模的集成芯片，主要有并行加法器、计数器、触发器、显示器等，芯片的应用大大减轻了电路的美观与设计的方便，同时也提高了系统的工作效率。
关键词电子门卫，计数器，比较器，电路
目录
课程设计（论文）任务书.............................................................................................................. I 课程设计（论文）成绩评定表................................................................................................... III 中文摘要................................................................................................................................. I V 1 设计任务描述.. (1)
1.1设计题目 (1)
1.2设计要求 (1)
1.2.1 设计目的 (1)
1.2.2 基本要求 (1)
1.2.3 发挥部分 (1)
2 设计思路 (2)
2.1判断人员进出的电路 (2)
2.2人员进出计数器 (2)
2.3逗留人员计数器 (2)
2.4发挥部分 (2)
3 设计方框图 (3)
4 各部分电路设计及参数计算 (4)
4.1传感器电路： (4)
4.2识别脉冲发生电路： (4)
4.3溢出报警电路和超限报警电路 (6)
4.3.1 溢出报警电路简介 (6)
4.4进、出人员计数显示电路 (7)
4.5逗留人员可逆计数电路 (8)
5 工作过程分析 (9)
6 元器件清单 (10)
7 主要元器件介绍 (11)
7.17段显示译码器74HC4511 (11)
7.2十进制计数器74LS160 (13)
7.3可逆计数器74LS192 (15)
7.4双4输入与门74LS21 (16)
7.5有置位和复位上升沿触发的双J-K触发器74HCT109 (17)
7.6逻辑六反向器74LS04 (18)
小结 (19)
致谢 (19)
参考文献 (21)
附录A1 逻辑电路图 (22)
附录A2 印刷电路板 (23)
1设计任务描述
1.1 设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器
1.2 设计要求
1.2.1设计目的
（1）掌握进出人员计数器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2 基本要求
（1）对通过门禁系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；
（2）门禁系统里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人士进入还是出去；
（3）要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面还逗留的人员人数；
（4）当逗留人数超限时报警（比如500人）。
1.2.3 发挥部分
（1）当人次计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；
（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出——即连续且只经过两次A（或B）的情况如何处理？
2 设计思路
2.1判断人员进出的电路
首先由于设计题目知所设计的装置是一个电子门卫系统之进出人员计数器，该装置可以对通过门禁系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；所以我们要考虑区别进去、出来、没完全进入又折回、没完全出去又折回的四种情况，所以此电路中要有2个传感器发出脉冲和2个触发器。而且它们是联合起作用的，将A触发器安装在门外，B触发器安装在门内。通过触发脉冲时间差来区分进入、出去以及没有完全进入又折回、没完全出去又折回这四种情况。然后将人员的进出动作转化为电信号送入主电路中去。
2.2 人员进出计数器
接下来要记录进来和出去的人的数量，这样就需要两个计数器A和B，来记录人数，又因为需要记录的人数从0-9999，所以可以用一个一万进制计数器来实现此功能，由所学知识，可以设计出一个一万进制计数器，有很多元件可以用来实现此功能，在这里我用的是计数器74160，因为一万进制可以用14位二进制数来表示，所以只要用四个74160计数器就可以实现一万进制计数器。具体实现方法是用一个非门将一个计数器的CEP与另一个计数器CET连接起来，这样就构成了聚四个计数器为一体的一万进制计数器。同样A和B 两个计数器均可用这种方式实现。再由所做的发挥部分的要求知，当计数器达到9990-9999时，报警器会发出报警信号，指出计数器已经要达到溢出值。这里选用74hc4511七段译码显示器作为显示装置来显示计数器中所记录的人数，，所以一万进制计数器只需要四个这样的译码显示器就可以实现显示功能。
2.3 逗留人员计数器
由设计要求知设计出一个能测量出里面逗留人员人数的装置。因为要考虑到逗留人数，所以还需要可逆计数器，我选择了74LS192，它有2个输入端口，能分别实现加减法。这个电路就是当有人经过的时候就会有一个脉冲会给这个计数器提供一个高低电平的翻转，然后通过计数器的功能实现计数，再通过译码器传给显示器,实现十进制的计数功能。当然这个计数器分两种，一种是可加计数器，一种是可逆计数器。所需的显示器也是七段显示译码器74hc4511，正好需要四个即可
2.4发挥部分
最后为实现发挥部分“（1）当人次计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出——即连续且只经过两次A（或B）的情况如何处理？”的要求，在这里还应实现当人员顺序经过传感器A、B时应由传感器B发出控制进入人数计数器工作的CP脉冲；当人员顺序经过传感器B、A时应由传感器A发出控制进入人数计数器工作的CP脉冲。当进入人数计数器达到9990和逗留人数计数器达到700时应分别发出CP脉冲信号激活溢出报警电路和超限报警电路。
3设计方框图
此系统即电子门卫系统之进出人员计数器，它的设计主要分为三部分外加一些发挥部分的电路及元器件，那三部分分别是：传感器触发电路、进出人员计数器、逗留人员计数器，发挥部分的电路设计主要还是报警用的。其具体的流程方框图如图3.1所示：
图3.1
4 各部分电路设计及参数计算
4.1 传感器电路：
图4.1.1
［说明］：此电路是做为一个把人员进、出动作转为电信号的转换工具。采用的是光电耦的原理。正常状态下，发光二极管发光使光敏电阻阻值接近于零，输出端电压为高电位；当有人进或出使会经过传感器挡住二极管的发光，此时光敏电阻阻止就会接近于无穷大，这时输出端为低电位。上图为门外传感器A，门内传感器B也是这样。
4.2 识别脉冲发生电路：
E F C D
A B
图4.2.1
此电路是CP脉冲发生电路，其主体是两个JK触发器，S1、S2为触发器A、B的预置端，将S1、S2接到低电平时可将触发器预置为0，接到高电平时正常工作。RD1、RD2为触发器的异步置0端，当RD接到高电平时，起作用。其触发器1的J和触发器2的CP
是由传感器A控制；触发器1的CP和触发器2的J是由传感器B 控制。其A、B分别接在传感器A、B的输出端，常态下为高电平，E端接往进人员计数器的CP端F端接往逗留人数可逆计数器的CP U端（即此时为加记数），C端接往出人员计数器的CP端，D接往逗留人数可逆计数器的CP D端（即此时为减记数）。此电路不仅能实现基本要求2的功能还能同时达到发挥部分2的要求。现以人员顺序经过A、B时的波形分析来说明以上观点：
A
B
CP
1
J1
Q1
CP2
J2
Q2
图4.2.2
从以上波形图可知当人在顺序经过A、B时，只有触发器1能发出有效CP波形，而触发器1正是进人员计数器和逗留人员加计数器的驱动，且此时若人员只是多次重复经过传感器A而未经过传感器B就不会有CP1，自然也就不回有Q1的输出波形，这就成功的解决了发挥部分2所提出的问题。
4.3 溢出报警电路和超限报警电路
4.3.1 溢出报警电路简介
图4.3.1
当A段输入一个高电平时，报警电路报警，发光二极管发光。
4.4 进、出人员计数显示电路
图4.4.1
进门人次统计器与出门人次统计器的原理相同。它们分别是由4个74LS160十进制加法计数器级联组成四位十进制加法计数器如图4.4.1当CP输入一个高电平时74160计一次数直到加计数达到最大值（1001）时，进位端CO输出一个低电平。这时用非门将其翻转，使其变为高电平然后传给下一个74160作为CP输入信号。下一个74160计数器计一位数，后面的级联同理。
当千位，百位，十位的计数器都输出为9（即1001），进入或出门的人次为9990时。信号将通过一多输入与门，传递到警报器。该信号为计数器的超限报警信号。
我用了共阴极的显示器，所以显示器接地，由74LS160输出的信号通过译码器74HC4511显示在显示器上。
4.5 逗留人员可逆计数电路
图4.5.1
+1
-1
CP U CP D
图4.5.2
逗留人数计数器是由3个74LS192可逆计数器构成。74LS192可逆计数器是上升沿触发计数器。74LS192的CPU 端与触发器的Q1非端相连，CPD 端与Q2非端相连。常态下CPU 和CPD 为高电平，当有人经过时，Q1非为低电平，CPU 与Q1非脉冲相同，在脉冲的上升沿处计加数一次，如图4.5.2所示，当有人出去时，Q2非输出低电平，在上升沿处做减计数一次。当人数达到700时发出报警信号。CO 与CPU 相连构成进位输入，BO 与CPD 相连构成借位输出，这样电路就可以实现可逆计数的功能。
5 工作过程分析
在设计此电路的过程中，实现过程是一步步的想，层层分解。最后把这系统定格在以下几部分，即判断人员进出电路、人员进出计数器、逗留人员计数器以及报警部分。然后把这几部分电路逐个实现，其具体实现如下：
判断人员进出电路，在设计这部分电路之前首先考虑的是如何来设计一个判断电路来判断人员是进还是出的，最后确定用两个感光器来做，此中传感器A与B电路能将人员进出房间的动作转化为电信号并送入触发器中，并做为控制整个电路工作的总开关。JK触发器能够智能判断是进入还是出去，使其功能满足基本要求和发挥要求。此触发器是将传感器送来的信号进行智能分析，能区分出人员的进、出和是否真的进入出去房间，并向不同的计数器发出CP脉冲控制其工作。它可以判断人员是进还是出，从而达到判断人员进出的目的。
人员进出计数器，在设计这个电路时首先考虑要用一个计数器来统计，最后确定用由4个74LS160十进制加法计数器级联组成四位十进制加法计数器，进行级联构成模大于10000的计数器，来对进入人员的计数问题，最后结果用七段显示译码器744511来显示。
逗留人员计数器电路的设计，此电路的功能是随时显示逗留在房间内的人数，其主体是一个十进制的可逆计数器74LS192。在这个电路中可逆计数器有两个CP控制端，分别为CP U和CP D。当CP U有脉冲输入时，此计数器为加计数工作，所以如上图所示CP U与Q1相连；当CP D有脉冲输入时，此计数器为减加计数工作，所以如上图所示CP D与Q2相连。此计数器之间还可以构成进位输入和借位输出。如上图所示CO与CP U相连就构成了进位输入，BO与CP D相连就构成了借位输出，这样此电路就完成了可逆计数的功能。
报警部分的电路主要分为两个，进入人数超过9990一个是计数器大的报警设计，另一个是逗留人员达到700人时会产生溢出报警。
6 元器件清单
器件名数量型号
显示器11BS201 7段显示译码器1174HC4511十进制计数器874LS160十进制可逆计数器374LS192六反相器174LS04双4输入与门374LS21 JK触发器274HCT109光敏电阻 2
发光二极管 4
三极管 2
7 主要元器件介绍7.1 7段显示译码器74HC4511
管脚图
LE
D
A
8
GND b
c
d
e
9
B 1
C
LT
BL
V CC
f
g
a
16 74HC4511
图7.1.1
74HC4511是一个译码器，它的作用是采集从计数器得到的信号进行译码，同时发出信号给显示器。信号从A、B、C、D输入，从a、b、c、d、e、f、g输出。当输入8421BCD 码时，输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。当输入为1010-1111六个状态时，输出全为低电平，显示器无显示。该集成显示译码器设有三个辅助控制端LE、BL非、LT非，以增强器件的功能。
现分别简要说明如下：
①灯测试输入LT非
当LT非为O时，无论其他输入端是什么状态，所有各段输出a-g均为1，显示字形8。该输入端常用于检查译码器本身及显示器各段的好坏。
②灭灯输入BL非
当BL非为0，且LT非为1时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出a-g 均为0，所以字形熄灭。该输入端用于将不必要显示的零熄灭。
③锁存使能输入LE
在BL非和LT非为1的条件下，当LE=0时，锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化；当LE由0跳变1时，输入码被锁存，输出只取决于锁存器的内容，不再随输入的变化而变化。
功能表
十进制数或功能
输入输出
LE 非
BL
非
LT
D3D2D1D0 a b c d e f g
0 L H H L L L L H H H H H H L
1 L H H L L L H L H H L L L L
2 L H H L L H L H H L H H L H
3 L H H L L H H H H H H L L H
4 L H H L H L L L H H L L H H
5 L H H L H L H H L H H L H H
6 L H H L H H L L L H H H H H
7 L H H L H H H H H H L L L L
8 L H H H L L L H H H H H H H
9 L H H H L L H H H H H L H H
10 L H H H L H L L L L L L L L
11 L H H H L H H L L L L L L L
12 L H H H H L L L L L L L L L
13 L H H H H L H L L L L L L L
14 L H H H H H L L L L L L L L
15 L H H H H H H L L L L L L L
灯测试X X L X X X X H H H H H H H 灭灯X L H X X X X L L L L L L L 锁存H H H X X X X *
表7.1.2
74HC4511七段显示译码器，当输入8421BCD码时，输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。当输入1010~1111六个状态时，输出全为低电平，显示器无显示。
7.2 十进制计数器74LS160
管脚图
图7.2.1
功能表
输入输出
CLR LD TE PE CLK P3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 X X X X X X X X0000
0X X D3D2D1D0D3D2D1D0
1
1111X X X X计数
110X X X X X X保持
11X0X X X X X保持
表7.2.2
74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。
具体功能如下：
1.异步清零功能
只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR
的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1
（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。
2.同步置数功能
当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。
公司门卫管理及物资 车辆出入管理制度
公司门卫管理及物资、车辆出入管理制度 第一章总则 第一条门卫管理是企业管理的一个缩影，是体现管理水平的标准之一，为了强化门卫 管理，确保公司财物安全，维护公司利益，使出入公司人员、物品、车辆管理有序，特制订本制度。 第二条本制度适用于所有出入公司的人员、物品、车辆。 第二章管理体制 第三条本公司设专职门卫承担门位职责。对生产工厂、仓库或其他办公、经营重地及厂区内，建立门卫值班制度。门卫属公司生产部领导。 第三章门卫管理制度 第四条门卫要严格遵守执行公司有关规章制度，恪尽职守，文明执勤，礼貌待客。第五条门卫要做到24小时轮流值班，夜班每两小时巡视巡逻全公司一次。发现违纪、 偷窃等行为，要及时制止并向主管领导汇报并做好记录。发生治安事件和灾害事故，应采取积极有效的应变措施，并及时向公安机关报案。发现员工违纪、违规行为， 要及时向主管部门汇报并协助处理。 第六条门卫室要保持干净和安静、物品放置应定位规范，不能在门卫室吸烟。无关人 员不得在门卫室逗留、闲聊、嬉笑、打闹、借故刁难、纠缠执勤人员。违者，视情 节轻重，严肃处理。门卫执勤人员态度应热情，注意文明礼貌，不得故意刁难员工 或外来人员，一经发现，将按有关规定严肃处理。 第七条严格执行员工出入制度。正常上班后员工原则上不得离开公司，确需外出，应 报填写“出厂放行条”经领导批准并如实填写员工出入登记。不符合上述手续者， 门卫不准放行。强行外出者，应立即上报生产部，并详细做好记录。 第八条公司员工上班期间不得进行私人会客，特殊情况需所属部门领导同意，但只能 在门卫室内进行会客。 第九条外来人员因公务需进公司，需与被访人电话联系后，经过确认，并准确填写“来 访登记表”后才允许入内。来宾离开时，记录离开时间。严禁闲杂人员或与公司工 作无关人员进入公司。 第十条门卫人员对进出公司的外来人员携带的物品进行登记，对所有物品要进行查 验，严禁易燃易爆、剧毒、管制刀具等危害物品进入公司。外来人员出门时，对物 品进行核对无误可放行。
门卫进出登记表
出入门登记簿（2013——2014学年度第一学期） XXXX 小学
XXXX小学出入校门登记制度 （2013--2014学年度第一学期） 为了加强学校安全工作管理，严肃学习纪律，确保师生在校期间的人身安全，维护正常的教育教学秩序，有效地防止意外安全事故的发生，结合我校封闭式管理的实际，特制定师生外出请假登记和外来人员准入登记制度。 一、出入校门登记的时段： 正常学校工作日或学习日，即早晨师生到校时间至下午师生放学或退班时间止。以当时学校的作息时间表为准。 二、出入校门登记的流程： （一）教职工除受学校领导临时委派因公外出以外，因私临时外出都必须到校长室请假登记，并于归校后主动销假。如遇校长不在，可直接到副校长室请假。 （二）在校学生因病、因事必须请假者，要据实写出《请假条》交给班主任老师（情况紧急的，可直接口头请假），待班主任核实批准后，填写《学生点名册》，然后到值班室找值班门卫，交上“学生请假离校凭证”，再由门卫登记后开门放行。学生如遇班主任不在，可找当课教师请假。 （三）外来人员要进入校园，与之相关人员必须要征得学校相关领导的同意和批准，方可通知门卫开门放入，并据实填写“外来人员入校登记”。
三、对相关责任人的要求： 1、当日值班人在登记教师临时请假外出时，要注明请假事由及离校、归校时间。将其作为教师考勤的一部分，计入出勤统计中。 2、班主任老师是班级学生安全管理的第一责任人，一定要对学生的外出请假登记制度提高认识，高度重视，将其纳入班级安全管理工作中，并作为重要的组成部分。要严格规范班级学生外出请假制度，有效地预防和控制学生意外伤害事故的发生。 3、学校教师是学校校门定时封闭式管理的直接责任人，要忠于职守，按时开锁校门。要严格执行学校的有关规定，不经过学校相关领导批准，不得随意开锁校门。对学生的外出与外来人员的进入，必须严格执行登记手续，切不可随意简化程序，以防止意外事故发生。 4、对于因私外出或因私接见外来人员的教职工，要自觉遵守学校的有关规定，严格按照相关程序办事。不经请假、批准不得随意外出或接待、会见、带入外来人员，同时要自行负责及时开锁校门。如因个人原因，造成校园封闭不及时而发生校园安全事故的，后果自负，学校还将根据责任予以处罚 本决定，自二0一三年秋季开始实施。