基于8051單片機(jī)的教室人數(shù)檢測查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉華 劉凱 劉兆峰 王艷芳 石舫欣

【摘要】 設(shè)計(jì)主要用于教室人數(shù)的動(dòng)態(tài)檢測與實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為基本控制單元，NRF24L01模塊作為無線傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼處理后傳送至單片機(jī)接收模塊，并通過串口將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，最終WEB服務(wù)器將教室人數(shù)網(wǎng)頁呈現(xiàn)，同學(xué)們可手機(jī)或電腦登陸訪問。

【關(guān)鍵詞】 激光對(duì)管 STC89C52單片機(jī) NRF24L01射頻通信

一、背景及意義

隨著高校自習(xí)室的使用變得越來越緊張，周六周日等一些課外時(shí)間，經(jīng)常看到同學(xué)們?yōu)榱苏覀€(gè)自習(xí)室在教學(xué)樓的各樓層之間穿梭，浪費(fèi)寶貴的的學(xué)習(xí)時(shí)間，因此設(shè)計(jì)這樣一款能夠幫助同學(xué)們查詢、了解自習(xí)室人員實(shí)時(shí)數(shù)量的系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)原理描述及架構(gòu)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)主要由設(shè)計(jì)五大模塊組成，激光對(duì)管檢測模塊專門用于教室門口人員進(jìn)出的檢測，NRF24L01射頻通訊模塊主要承擔(dān)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)，將采集到的人數(shù)信息按協(xié)議編碼后無線發(fā)送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理模塊，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)模塊將數(shù)據(jù)接收并解碼處理后通過串口通訊PL2303模塊將人員信息傳送到PC機(jī)，PC機(jī)WEB服務(wù)器模塊將數(shù)據(jù)存放到Mysql數(shù)據(jù)庫中，為學(xué)生的訪問提供服務(wù)。

2.2人員進(jìn)出檢測的實(shí)現(xiàn)

人員進(jìn)出檢測是系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分。有三種方案：：教室的門口安裝刷卡機(jī)，同學(xué)在進(jìn)出時(shí)進(jìn)行刷卡；在座位下安裝壓力傳感器，當(dāng)有人坐下時(shí)，傳感器記錄并傳遞信息；還有就是同時(shí)在門框的里邊和圍邊放置一個(gè)激光對(duì)管，通過單片機(jī)檢測里外探頭次信號(hào)變化的順序，來判別是進(jìn)還是出，從而統(tǒng)計(jì)出教室內(nèi)的人數(shù)。

經(jīng)過討論與分析，第一種方法，很容易出現(xiàn)漏刷或替刷的現(xiàn)象，不容易監(jiān)管；第二種方法安裝、使用復(fù)雜且成本較高，因?yàn)闀?huì)經(jīng)常坐、壓，很容易損壞；第三種方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只需在教室門口安裝探頭，就可以統(tǒng)計(jì)出教室內(nèi)的總?cè)藬?shù)。

1、激光對(duì)管的檢測原理。激光對(duì)管由發(fā)射端和接收端組成。發(fā)射端使用出光為點(diǎn)狀且波長650nm（紅光）的普通激光管，接收端使用激光接收管IS0103。當(dāng)發(fā)射端與接收端無人員通過時(shí)，激光束穩(wěn)定照射接收管，接收管輸出0V低電平，當(dāng)有人員通過使得光束被阻擋時(shí)，接收管輸出高電平并觸發(fā)單片機(jī)中斷。

2、人員進(jìn)出的判斷。將一對(duì)發(fā)射管和接收管安裝在門的外側(cè)，另外一對(duì)發(fā)射管和接收管安裝在門的內(nèi)側(cè)，用來識(shí)別人員的進(jìn)出。人在進(jìn)入教室前，兩對(duì)激光裝置正常工作；人在進(jìn)門時(shí)，先阻斷門外的紅外線裝置，接著阻斷門內(nèi)的紅外線裝置，STC89C52將數(shù)據(jù)加一，人出去時(shí)，正好與上述過程相反。

2.3數(shù)據(jù)的無線傳輸

檢測數(shù)據(jù)的傳輸采用NRF24L01射頻通訊模塊。NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM頻段的單片收發(fā)芯片，NRF24L01射頻通訊模塊的數(shù)據(jù)有效傳輸距離為250米，在教學(xué)樓中足以滿足信息傳輸?shù)男枰?/p>

2.4串口通信模塊

數(shù)據(jù)與PC機(jī)之間的傳輸，采用PL2303模塊。該器件作為USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)，另一方面從RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。與PC及相連的單片機(jī)利用NRF24L01接收數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)是哪個(gè)教室的信息，加工處理后將數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)。

2.5 PC機(jī)端WEB服務(wù)器環(huán)境的搭建

1、上位機(jī)的設(shè)計(jì)。PC機(jī)使用VB設(shè)計(jì)供用戶使用的圖形化界面的軟件，利用VB自帶的mscomm 控件，并把他的OnComm 事件設(shè)置為接收狀態(tài)，定義好COM口的波特率、傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)等基本信息，并在后臺(tái)程序里加入用于更新操作Mysql數(shù)據(jù)庫的模塊。

2、服務(wù)器的安裝與調(diào)試。在PC機(jī)上安裝開源的WAMP5軟件。WAMP5是Apache+PHP+Mysql 集成環(huán)境，通過安裝WAMP5，可以在計(jì)算機(jī)上迅速建立WAMP的服務(wù)器環(huán)境。安裝完畢后PC機(jī)就可以當(dāng)網(wǎng)站的服務(wù)器使用。每次有人外網(wǎng)訪問時(shí)Apache首先進(jìn)行解析，php訪問Mysql數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，最終將信息傳送給用戶。

3、服務(wù)器的外網(wǎng)訪問。搭建好的WEB服務(wù)器，只能在局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行訪問。為了解決這一問題，我們下載花生殼軟件注冊申請了網(wǎng)站域名，讓該軟件為本機(jī)提供動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)。進(jìn)行簡單設(shè)置實(shí)現(xiàn)了外網(wǎng)的訪問。

三、結(jié)語

本系統(tǒng)在人流較小的情況下能較穩(wěn)定、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)教室人員進(jìn)出的檢測，且系統(tǒng)功耗低，方便了同學(xué)們課余時(shí)間對(duì)空閑自習(xí)室的查找，提高了學(xué)校學(xué)校自習(xí)教室的利用率。