基于單片機(jī)的教室人數(shù)檢測終端設(shè)計(jì)*

王 乾，何秋生，李曉云，張 森

(太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，山西太原030024)

對于教室人數(shù)檢測的處理方法有以下幾種:一、在教室中的每個(gè)座位上放置傳感器;二、在教室門口設(shè)置刷卡系統(tǒng)。但是對于座位上放置傳感器的方法而言，方法復(fù)雜、成本高;對于教室門口處設(shè)置門禁刷卡系統(tǒng)的方法不僅投資高，會(huì)出現(xiàn)學(xué)生漏刷或替刷的現(xiàn)象，而且會(huì)妨礙學(xué)生進(jìn)出教室的速度。因此出于經(jīng)濟(jì)，精度的考慮，本終端采用紅外對管作為檢測元件，實(shí)現(xiàn)教室人數(shù)檢測終端的設(shè)計(jì)。

1 檢測原理

1.1 光電開關(guān)工作原理

本設(shè)計(jì)采用對射式光電開關(guān)E3F－5DN1(接收器)/E3F－5L(發(fā)送器)作為檢測元件。光電開關(guān)是利用被檢測物對光束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。圖1給出了光電開關(guān)工作原理圖。當(dāng)發(fā)送器和接收器之間無人經(jīng)過時(shí)，接收器的紅外敏感三極管由于接收到發(fā)送器發(fā)射的光束而導(dǎo)通，輸出低電平;當(dāng)發(fā)送器和接收器之間有人通過時(shí)，紅外敏感三極管無光束進(jìn)入而截止，輸出高電平［1，2］。

1.2 人數(shù)檢測原理

單片機(jī)通過判斷教室門內(nèi)外光電開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生的先后順序，來判別人員進(jìn)出情況。當(dāng)有人進(jìn)入室內(nèi)或離開室內(nèi)時(shí)，門內(nèi)外光電開關(guān)輸出的脈沖信號(hào)在時(shí)間上存在一定的先后順序，圖2給出了人員進(jìn)出檢測時(shí)序圖，當(dāng)光電1先產(chǎn)生高電平而光電2后產(chǎn)生高電平時(shí)，則單片機(jī)判斷有人進(jìn)入，教室人數(shù)加1;反之，教室人數(shù)減1。單片機(jī)通過對光電信號(hào)的檢測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出教室的人數(shù)［3］。

圖2 人員進(jìn)出檢測時(shí)序圖

2 檢測終端設(shè)計(jì)

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將兩對光電開關(guān)設(shè)置為一組檢測器件。在教室門口內(nèi)外各安裝一對紅外對管。實(shí)踐調(diào)查，學(xué)生身高高于1.4 m，人體的寬度大于10 cm。所以，光電開關(guān)安裝在距地高度為1.4 m處，兩對紅外對管間水平間距小于10 cm以提高靈敏度。

光電開關(guān)的信號(hào)線與單片機(jī)的IO口相連，用以完成信號(hào)的傳輸。圖3是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖［4－6］。

圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖

2.2 軟件編程

人員經(jīng)過門口時(shí)，會(huì)出現(xiàn)幾種情況:

1)無人進(jìn)出教室，即進(jìn)入教室的凈增人數(shù)為零。此時(shí)可能的情況有:沒人進(jìn)入教室，此時(shí)單片機(jī)與光電開關(guān)連接的IO口同時(shí)接受到高電平。有人站在門口并遮擋了光電1很長時(shí)間后離開，此時(shí)通過設(shè)置單片機(jī)檢測等待來進(jìn)行判斷，即單片機(jī)在采集到光電1有信號(hào)輸入后并等待光電1電平變化，當(dāng)光電1電平變化后再判斷光電2是否有觸發(fā)信號(hào)輸入。由于人員站在門口只遮擋了光電1，而并未進(jìn)入教室，因此不會(huì)觸發(fā)光電2，此時(shí)單片機(jī)維持計(jì)數(shù)不變。

2)有人進(jìn)出教室，即進(jìn)入教室的凈增人數(shù)非零。單片機(jī)采集到光電1有信號(hào)輸入后并等待光電1電平變化，當(dāng)光電1電平變化后再判斷光電2是否有觸發(fā)信號(hào)輸入。由于人員會(huì)先后觸發(fā)兩個(gè)光電開關(guān)。所以光電2會(huì)被觸發(fā)，在光電2電平變化后，進(jìn)行人數(shù)加減1處理。

3)有人在教室門口徘徊。對于這種情況，軟件將其視為人數(shù)加1(或減1)后再進(jìn)行減1(或加1)。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4 所示［7］。

圖4 終端軟件流程圖

3 調(diào)試結(jié)果分析

通過硬件和軟件的設(shè)計(jì)，該檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對教室人數(shù)的實(shí)時(shí)檢測，達(dá)到了預(yù)期效果。表1是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的模擬人數(shù)檢測結(jié)果報(bào)告。其中:

E1=|RES－PIR|/PIR*100% .

E2=|△P1－△P2|/△P1*100% .

式中:E1為顯示誤差，RES為統(tǒng)計(jì)顯示結(jié)果，PIR為教室人數(shù);E2為統(tǒng)計(jì)誤差，△P1為教室凈增人數(shù)，△P2為統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)顯示，在時(shí)間段8:00～9:30、10:00～12:00期間，人流量不大時(shí)，本終端能精準(zhǔn)地檢測出教室內(nèi)人員變化情況，并且穩(wěn)定性強(qiáng)。然而在時(shí)間段9:30～10:00期間，出現(xiàn)了兩人同時(shí)進(jìn)出教室的情況，由于光電開關(guān)的局限性，對于兩人同時(shí)進(jìn)出教室的情況只能識(shí)別為一人，在統(tǒng)計(jì)人員數(shù)量不大的情況下增大了實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)誤差?？梢酝ㄟ^增加光電開關(guān)的數(shù)目以及設(shè)置光電開關(guān)的位置減小誤差。

表1 模擬人數(shù)檢測結(jié)果

4 總結(jié)

測試表明，本終端對學(xué)生上自習(xí)過程中，人流量小的情況下有較高的檢測精度，且能實(shí)時(shí)更新檢測數(shù)據(jù)。

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