一種低成本的室內(nèi)人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

　　摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)與信息技術(shù)的發(fā)展，人口流動量與流動范圍越來越大，在多種場合中需要對流經(jīng)人數(shù)、環(huán)境參數(shù)和人流體溫進(jìn)行迅速測量。針對該應(yīng)用場景，基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種低成本、高準(zhǔn)度的室內(nèi)人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，主要包含溫濕度、紅外等傳感器以及LCD12864液晶顯示設(shè)備等。該系統(tǒng)通過傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測人口流動情況，實(shí)時(shí)檢測環(huán)境參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)人數(shù)統(tǒng)計(jì)與顯示、溫濕度環(huán)境測量、時(shí)鐘顯示等功能。相比傳統(tǒng)的人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、準(zhǔn)確度高及速度快等優(yōu)點(diǎn)，可用于車站候車室、高校自習(xí)室、城市公園等場合的人數(shù)統(tǒng)計(jì)，也可用于極端社會環(huán)境下的人員流動安全監(jiān)控與體溫檢測。

　　關(guān)鍵詞：低成本;STC89C52單片機(jī);傳感器;人數(shù)統(tǒng)計(jì);溫濕度;體溫檢測

　　0引言

　　準(zhǔn)確的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息對于學(xué)校、車站、地鐵、餐館、展覽館等公共場所進(jìn)行資源的合理分配和利用非常重要[1]。基于這種需求，人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，盡管它的發(fā)展非常迅速，但是目前進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方式主要還是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。相對于一些只要求記錄人數(shù)數(shù)據(jù)而不要求采集人的具體特征的場所而言，一套完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的制作成本較高，造成了不必要的資源浪費(fèi)。利用STC89C52單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)的人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)[2-6]，集溫濕度環(huán)境測量、體溫檢測、時(shí)鐘顯示和人數(shù)統(tǒng)計(jì)于一體，以其成本低廉，準(zhǔn)度較高等優(yōu)勢，滿足了當(dāng)前市場的需求，可廣泛應(yīng)用于公共場所。

　　1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　基于單片機(jī)技術(shù)與傳感器技術(shù)的智能人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要以STC89C52單片機(jī)為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)和擴(kuò)展，系統(tǒng)功能通過軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，外圍主要包括電源電路、按鍵電路、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理與分析單元等。

　　2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1STC89C52主控單元電路設(shè)計(jì)選擇STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，主要完成一些運(yùn)算并控制每個(gè)模塊電路的運(yùn)行。STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)主要由供電電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。

　　2.2電源電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，為電路供電的電源模塊是保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作的重要前提。USB電源可以提供5V直流電源，確保系統(tǒng)正常工作。該設(shè)備能真正做到“即插即用”，具有速度快、連接靈活、及時(shí)補(bǔ)充電源等優(yōu)點(diǎn)，且相比使用電池供電，USB輕巧便攜，更環(huán)保。

　　2.3按鍵電路設(shè)計(jì)

　　按鍵設(shè)計(jì)選用3個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)電路的不同功能，按鍵的一端分別與單片機(jī)的25，26，27引腳連接，另一端接地。由于此設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)，而P2口有一個(gè)內(nèi)置的上拉電阻，因此無需再連接上拉電阻。當(dāng)手動按下其中某一個(gè)按鍵時(shí)，該按鍵對應(yīng)的單片機(jī)引腳被拉低，松開按鍵后，I/O口變?yōu)楦唠娖�。可根�?jù)單片機(jī)引腳的高低電平變化判斷對應(yīng)的按鍵操作。

　　2.4數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集主要包括室內(nèi)溫濕度的采集和人數(shù)統(tǒng)計(jì)。

　　2.4.1溫濕度信息采集技術(shù)科學(xué)研究表明，當(dāng)室內(nèi)溫度處于19～24℃，濕度處于40%RH～60%RH時(shí)，室內(nèi)空氣較好，環(huán)境舒適，人的大腦運(yùn)轉(zhuǎn)和心理狀態(tài)最佳，思維反應(yīng)快，工作效率高[7]，掌握室內(nèi)的溫濕度情況能夠?yàn)槿藗兲峁┝己玫墓ぷ鳝h(huán)境。該設(shè)計(jì)選用DHT11傳感器檢測室內(nèi)的溫濕度變化情況。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種結(jié)合溫度和濕度測量的復(fù)合傳感器[8]，只有4個(gè)引腳，接口簡單、體積小、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)、質(zhì)量好、價(jià)格低，為4針單排引腳封裝，采用單線制串行接口連接，相比其他電路而言比較簡單，可靠性和穩(wěn)定性高。

　　2.4.2紅外光電傳感器人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊選用E18-D80NK傳感器實(shí)現(xiàn)，它是一種集發(fā)射與接收于一體的紅外數(shù)字反射傳感器[9]，利用被檢測物體對紅外光束的遮擋或反射對物體進(jìn)行檢測。當(dāng)室內(nèi)有人員出入時(shí)，發(fā)射器發(fā)射的光線被遮擋后返回接收器端，然后在接收器內(nèi)部將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并在放大電路中對其進(jìn)行濾波、放大、解調(diào)等操作后輸出低電平信號，此時(shí)光電開關(guān)的指示燈被點(diǎn)亮;反之，無人員進(jìn)出時(shí)，紅外線反射的光不能使接收管達(dá)到飽和狀態(tài)，光電開關(guān)的指示燈處于熄滅狀態(tài)。

　　2.4.3時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)選用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，該芯片與單片機(jī)的連線較少，很大程度上節(jié)省了單片機(jī)的系統(tǒng)資源。單片機(jī)通過讀取DS1302中寄存器的數(shù)據(jù)就能得到正確的時(shí)鐘和日歷信息。DS1302時(shí)鐘芯片性能好，功耗低，內(nèi)部有RAM實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，對閏年進(jìn)行補(bǔ)償，并設(shè)置時(shí)間模式(12小時(shí)制或24小時(shí)制)。除此之外，該芯片還有充電寄存器，可在斷電時(shí)工作。芯片工作電壓為2.5～5.5V，在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，只有將RST引腳端置為高電平，才能將命令字及數(shù)據(jù)送入寄存器，如果RST端為低電平，則終止數(shù)據(jù)的傳送，無法顯示時(shí)間。

　　2.4.4紅外測溫設(shè)計(jì)使用MLX90614紅外測溫傳感器進(jìn)行人體溫度檢測。人體熱量以熱輻射的形式散發(fā)到環(huán)境中，被測物體發(fā)出的能量匯集在光電探測器，將紅外信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號，經(jīng)過內(nèi)部放大器和A/D信號處理電路后送到單片機(jī)中處理[10]。將處理后的數(shù)據(jù)送到液晶顯示器中顯示，由此確定人體溫度是否正常。相比傳統(tǒng)的體溫計(jì)而言，該系統(tǒng)進(jìn)行溫度測量時(shí)無需接觸，只需將探測窗口對準(zhǔn)臉的位置，即可安全、快速、準(zhǔn)確地測出人體溫度，操作簡單、便捷。

　　2.5數(shù)據(jù)處理與分析

　　2.5.1人數(shù)統(tǒng)計(jì)選用2個(gè)紅外光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)人數(shù)統(tǒng)計(jì)。將2個(gè)紅外傳感器并排安裝在每個(gè)教室的前門或后門，區(qū)分傳感器被先后觸發(fā)的順序，將光電信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠讀取的高低電平信號，單片機(jī)分析處理中斷信號并計(jì)算，實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)。

　　2.5.2數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)LCD12864液晶顯示模塊主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)多位運(yùn)行以及多線連接[11-12]，可以將單片機(jī)輸出的參數(shù)顯示在界面，操作方便，安裝簡單，成本較低。通過單片機(jī)運(yùn)行處理電路，結(jié)合LCD12864液晶顯示器，將放大、濾波處理后的有效數(shù)據(jù)在顯示屏上使用阿拉伯?dāng)?shù)字顯示出來。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　程序設(shè)計(jì)主要涉及數(shù)據(jù)檢測部分和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示部分，其準(zhǔn)確性直接影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。將程序分解為獨(dú)立的子程序，進(jìn)行編程和調(diào)試。其中，數(shù)據(jù)檢測部分負(fù)責(zé)檢測來自光電開關(guān)電路的脈沖信號是否發(fā)生加減變化，并選擇性記錄數(shù)據(jù);顯示部分用來顯示輸出的數(shù)值變化。

　　4系統(tǒng)安裝與調(diào)試

　　本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，對于軟件和硬件的設(shè)計(jì)均采用模塊化形式進(jìn)行[13]，分工明確，可確保系統(tǒng)在出現(xiàn)異常時(shí)迅速進(jìn)行判斷和分析。先進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，再進(jìn)行軟件部分程序的編寫與運(yùn)行，完成每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)后，將程序?qū)�入單片機(jī)中運(yùn)行調(diào)試。

　　4.1硬件安裝及調(diào)試硬件電路是實(shí)現(xiàn)軟件電路的基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從選型到完成設(shè)計(jì)所需模塊較多，涉及的電路較復(fù)雜，包含單片機(jī)微處理器、數(shù)據(jù)采集和分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電源模塊、按鍵模塊等，因此硬件焊接和組裝的工作量較大。在制作硬件電路之前，需按照功能將電路劃分為小模塊，然后合理安排布線，理清元件中每個(gè)引腳的正負(fù)和功能。最后，在AltiumDesigner軟件中繪制出各模塊的原理圖，檢查無誤后在電路板上焊接。

　　4.2軟件調(diào)試

　　本系統(tǒng)程序通過C語言編寫，不僅效率高，程序執(zhí)行速度也比較快，且容易理解，最重要的是它具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)。在編寫完每個(gè)模塊的程序后進(jìn)行調(diào)試，只有通過調(diào)試才能查找和修改代碼，起到矯正作用。選用目前較受歡迎的Keil軟件進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，生成.hex文件，通過串口燒錄進(jìn)單片機(jī)后上電即可運(yùn)行。

　　軟件工程論文： 基于組態(tài)軟件的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　5結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心部件的室內(nèi)人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了紅外信息采集、溫濕度檢測、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、時(shí)鐘顯示等功能。該系統(tǒng)可用于車站、學(xué)校、餐館、城市公園等場所的人數(shù)統(tǒng)計(jì)和溫濕度提示，也可用于極端社會環(huán)境下的人員流動安全監(jiān)控與體溫檢測。

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　　作者：秦立靜，劉歡

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