便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王旭，韓敏

（懷化學(xué)院1.機(jī)械與光電物理學(xué)院；2.武陵山片區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南懷化418008）

便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王旭1，2，韓敏1

（懷化學(xué)院1.機(jī)械與光電物理學(xué)院；2.武陵山片區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南懷化418008）

設(shè)計(jì)了一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心的便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng).系統(tǒng)由主機(jī)與輔機(jī)兩部分構(gòu)成，二者通過433M無線模塊進(jìn)行通信.主機(jī)中由熱釋電紅外傳感器完成人體檢測，超聲波傳感器完成人員并行判定，單片機(jī)在進(jìn)出狀態(tài)判斷的基礎(chǔ)上控制OLED實(shí)時顯示人流量數(shù)據(jù)，輔機(jī)具備火災(zāi)檢測及用電器控制功能.系統(tǒng)采用鋰電池供電便于攜帶和安裝，通過模式設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)不同的功能.

人流量監(jiān)測；STC12C5A60S2；熱釋電紅外傳感器；超聲波傳感器

人流量是重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對于公共場所的管理和決策具有重大的價(jià)值和意義.傳統(tǒng)的人流量監(jiān)測系統(tǒng)功能較為單一，且安裝后不易移動，對于生產(chǎn)生活中臨時性人流量監(jiān)測需求難以適用[1-4].本文以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種多功能的便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng).測試結(jié)果表面，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠滿足不同條件下的工作需求.

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)由主機(jī)和輔機(jī)兩部分構(gòu)成，其中主機(jī)完成人流量監(jiān)測、數(shù)據(jù)顯示、語音播報(bào)等功能，從機(jī)完成火災(zāi)檢測、用電器控制等功能，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

主機(jī)由主控制器、人體檢測模塊、并行檢測模塊、無線傳輸模塊、時鐘模塊、語音模塊及顯示模塊構(gòu)成，安裝于人流量檢測入口處.輔機(jī)由輔控制器、火焰檢測模塊、用電器控制模塊及無線傳輸模塊構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)際情況選擇安裝位置.為提高便攜性，系統(tǒng)采用鋰電池作為系統(tǒng)電源，為主機(jī)和輔機(jī)供電.當(dāng)人體檢測模塊檢測到有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時，由并行檢測模塊判定單人進(jìn)出或并行進(jìn)出.主控制器完成人體進(jìn)出狀態(tài)判斷，發(fā)送數(shù)據(jù)至顯示模塊實(shí)時更新人流量數(shù)據(jù).當(dāng)監(jiān)測到室內(nèi)人數(shù)為0時，經(jīng)過指定延遲后，主機(jī)通過無線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至輔機(jī)，輔機(jī)接收指令后，完成用電器的電源關(guān)閉動作.當(dāng)輔機(jī)檢測到火災(zāi)信號后，發(fā)送數(shù)據(jù)至主機(jī)，完成聲光報(bào)警.

系統(tǒng)可設(shè)定教室、超市、工廠等三種工作模式.在人流量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)功能上，教室模式具有會議免打擾、上/下課語音提醒、定時人數(shù)播報(bào)等功能，超市模式具有歡迎語播報(bào)、分時段人流量匯總等功能，工廠模式具有分時段人流量匯總、廣播通知播報(bào)等功能.

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制器模塊

主機(jī)控制器采用STC12C5A60S2單片機(jī)，單片機(jī)REST接極性電容，構(gòu)成復(fù)位電路，XTAL1與XTAL2接同一個晶振和兩個無極性電容，構(gòu)成時鐘電路，為單片機(jī)提供時鐘信號.P3.2、P3.3接收人體檢測信號，P0. 4-P0.7控制并行檢測模塊的數(shù)據(jù)傳輸，P2.0-P2.3完成對無線發(fā)射模塊的控制，P2.5-P2.7完成對無線接收模塊的信號讀取，P0.0-P0.2完成對時鐘電路控制和數(shù)據(jù)讀取，P3.4-P3.6完成對語音電路控制，P1.0-P1.4完成對OLED顯示電路控制.主控制器電路如圖2所示.

圖2 主控制器電路圖

圖3 人體進(jìn)出判斷示意圖

圖4 并行檢測示意圖

輔控制器采用STC12C5204AD單片機(jī)，P3.4完成對用電器的控制，P1.5-P1.7完成對無線接收模塊的信號讀取，P1.0-P1.2完成對無線發(fā)射模塊的控制，P3.3接收火焰檢測信號模塊信號.

2.2 人體檢測模塊

人體體溫一般在37℃，發(fā)出特定波長10 μm左右的紅外線，熱釋電紅外傳感器能夠?qū)⒓t外線變化轉(zhuǎn)換為電信號，并有效抑制背景光的干擾.人體檢測模塊由A、B兩路熱釋電紅外傳感器構(gòu)成，根據(jù)兩路傳感器輸出信號的相互關(guān)系判斷人體進(jìn)出狀態(tài).如圖3所示，熱釋電傳感器A與熱釋電傳感器B位于監(jiān)測口的內(nèi)外兩側(cè)，在一定時間內(nèi)，當(dāng)傳感器A、B均檢測到人體信號時，若信號A先于信號B時，為人體進(jìn)入狀態(tài).若信號B先于信號A，為人體離開狀態(tài).若只有傳感器A、B其中一個檢測到人體信號，則為人體路過狀態(tài).

2.3 并行檢測模塊

在人流量監(jiān)測過程中，可能會出現(xiàn)多人并行通過的情形，為避免人員并行對監(jiān)測造成的影響，系統(tǒng)采用兩路超聲波傳感器完成并行檢測.

如圖4所示，超聲波模塊A、B安裝于入口左、右兩側(cè).當(dāng)單人通過時，AB方向上應(yīng)滿足

其中，L為入口寬度，DA為超聲波傳感器A測得距離，DB為超聲波傳感器B測得距離，W1為單人寬度，H為超聲波傳感器寬度.

當(dāng)多人通過時，AB方向上應(yīng)滿足

其中，Wn為多人并行寬度.顯然，Wn>W1，根據(jù)DA+DB的值即可完成單人或多人并行通過的判斷.

通常，人體的寬度為35~50 cm，對于大多數(shù)入口而言，3人以上并行通過的情形較為罕見，考慮一般性，系統(tǒng)僅檢測雙人并行通過情形.為增加系統(tǒng)的魯棒性，設(shè)定當(dāng)DA+DB值小于55 cm時，為單人通過，人流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)為加1或減1，當(dāng)DA+DB值大于60 cm時，為雙人并行通過，人流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)加2或減2.

2.4 無線傳輸模塊

系統(tǒng)主機(jī)與輔機(jī)間利用433M無線模塊完成通信功能[3]，無線傳輸模塊電路圖如圖5所示.發(fā)射端采用PT2262對發(fā)射信號進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，433M無線發(fā)射模塊的ATAD接PT2262的Dout，輸出編碼信號，PT2262的OSC1、OSC2外接69M歐電阻.TE腳接電阻和發(fā)光二極管，構(gòu)成發(fā)射使能端，低電平有效. A11/D0-A9/D2分別接單片機(jī)的P2.2-P2.0完成地址或數(shù)據(jù)輸入.接收端采用PT2272對接收信號完成解碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收.433M無線接收模塊的ANT、DATA共同接PT2272的DIN，完成脈沖編碼信號輸入，PT2272的OSC1、OSC2外接69M歐電阻.VT腳接電阻和發(fā)光二極管，構(gòu)成接收使能端，接收有效信號時，VT端由低電平變?yōu)楦唠娖?D0-D2分別接單片機(jī)的P2.5-P2.7腳，完成數(shù)據(jù)輸出.

2.5 顯示模塊

系統(tǒng)采用0.96寸OLED顯示屏完成人流量數(shù)據(jù)顯示.OLED顯示屏MOSI接單片機(jī)1.4腳，完成數(shù)據(jù)輸入. CLK接單片機(jī)P1.3腳，提供時鐘信號.CS接單片機(jī)P1.2腳，提供片選信號，D/C接單片機(jī)P1.1腳，完成命令數(shù)據(jù)切換.

圖5 無線傳輸模塊電路圖

圖6 主程序流程圖

圖7 人體檢測子程序流程圖

表1 測試結(jié)果

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖6所示.初始化完成端口及變量定義，系統(tǒng)根據(jù)按鍵選擇工作模式，執(zhí)行人流量監(jiān)測子程序，若檢測到火災(zāi)信號，跳出人流量檢測子程序并聲光報(bào)警.

人流量監(jiān)測子程序是人流量監(jiān)控系統(tǒng)的核心，為準(zhǔn)確判斷人體進(jìn)出狀態(tài)，程序采用雙重判斷的比較方式，并根據(jù)并行檢測結(jié)果決定進(jìn)出人員數(shù)量.人流量監(jiān)測子程序流程圖如圖7所示.主機(jī)單片機(jī)采用外部中斷下降沿觸發(fā)方式，輪詢熱釋電紅外傳感器A、B是否有人體檢測信號.當(dāng)傳感器A檢測到人體信號時，經(jīng)過延時后，傳感器B檢測到人體信號，表示有人員進(jìn)入，否則為人員路過.若并行檢測模塊判定為雙人并行通過，人流量數(shù)據(jù)加2，否則加1.當(dāng)傳感器B檢測到人體信號時，經(jīng)過延時后，傳感器A檢測到人體信號，表示有人員離開，否則為人員路過.若并行檢測模塊判定為雙人并行通過時，人流量數(shù)據(jù)減2，否則減1.

4 測試與分析

測試過程分別對多種進(jìn)出情況下的人流量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，包括連續(xù)單人進(jìn)出、連續(xù)單人/并行進(jìn)出隨機(jī)交替、斷續(xù)單人進(jìn)出、斷續(xù)單人/并行進(jìn)出隨機(jī)交替等情形，測試時長為4小時.將系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果與人工統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示.

從結(jié)果可以看出，系統(tǒng)能夠正確完成進(jìn)出判斷及單人/并行識別，在人員斷續(xù)進(jìn)入和連續(xù)單人進(jìn)入的情況下監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工統(tǒng)計(jì)完全一致，連續(xù)的單人/并行隨機(jī)情形對系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定影響.總體上，系統(tǒng)人流量監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較高.

5 結(jié)論

測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的人流量監(jiān)測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠有效地判定人員的進(jìn)出及并行情況，人流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確.系統(tǒng)操作簡單，成本低廉，采用鋰電池供電便于攜帶和安裝，根據(jù)應(yīng)用場合不同可進(jìn)行靈活的模式設(shè)置，實(shí)現(xiàn)不同的功能.系統(tǒng)適合在教室、會展、集會等人流量監(jiān)測場合使用.

[1]李健，吳戀.基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的區(qū)域客流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)[J].中外交流，2015（36）：17.

[2]宋雨潔，田猛.智能人流量檢測器[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（24）：118.

[3]鄧啟亮.基于DSP的公交車人流量檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2014.

[4]千承輝，王超，曹曦元，等.多傳感器數(shù)據(jù)處理的人流量監(jiān)測系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（2）：35-38.

[5]陳勁雄，李姿，任興寶.教室人數(shù)實(shí)時統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（5）：6.

[6]張學(xué)斌，張濤，王旭.多功能自動撥號報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].懷化學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，30（8）：45-48.

Design of Portable Real-time People Flow Monitoring System

WANG Xu1，2，HAN Min1
（1.Department of Optoelectronics；2.The Key Laboratory of Intelligent Control of Ecological Agriculture in Wuling Mountain Area，Huaihua University，Huaihua，Hunan 418008）

The paper introduced a portable real-time people flow monitoring system based on STC12C5A60S2.The system was consisted of host and auxiliary，they can communicate with wireless modules 433M.The PIR of host was used for human detection，and then the ultrasonic sensors completed the judgment of two peoples side by side.The OLED controlled by microcontroller displayed the real-time people flow stats based on judgment of in-out state.The auxiliary came with fire detection and electrical control functions.The system was powered by lithium battery for easy to carry and install，different functions can be realized by mode setting.

people flow monitoring；STC12C5A60S2；PIR；ultrasonic sensor

TP2

A

1671－9743（2017）05－0083－04

2016-11-10

武陵山片區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（ZNKZ2015-3）；懷化學(xué)院大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（2016）.

王旭，1984年生，男，遼寧鐵嶺人，講師，研究方向：機(jī)器視覺無損檢測技術(shù).