景區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆陳冬靈

景區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆陳冬靈

（福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院 福建 350117）

為了提高景區(qū)服務(wù)質(zhì)量，防止出現(xiàn)踩踏等危險(xiǎn)事件發(fā)生，設(shè)計(jì)了一款基于RFID技術(shù)的景區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、工作原理、硬件設(shè)計(jì)及工作流程，實(shí)現(xiàn)個(gè)人或者團(tuán)體的進(jìn)出景區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)等，并將采集的數(shù)據(jù)無線發(fā)送到移動(dòng)終端。本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，方便管理員更好的監(jiān)控環(huán)境和處理異常情況，做好景區(qū)的分流和限流工作。

人流量；STM32；RFID；無線通信

近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活水平的提高，越來越多的人開始享受生活，每年1-2次的旅游更是普遍現(xiàn)象。但是隨著景點(diǎn)人流量的增加，在一些熱門景點(diǎn)出現(xiàn)了擁堵和意外[1]。景點(diǎn)超負(fù)荷人流會(huì)導(dǎo)致景點(diǎn)遭到破壞，也可能使旅客出現(xiàn)滯留，帶來許多的意外風(fēng)險(xiǎn)[2]。因此，景區(qū)做好人流量的統(tǒng)計(jì)有助于景點(diǎn)的合理利用，有助于旅游者的身心健康。

現(xiàn)階段部分景區(qū)已經(jīng)有在使用的人流量的檢測系統(tǒng)，一種是采用光電等各類傳感器構(gòu)建的低成本統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)[3]，對于人流量大的情況還是不能準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)。一種是根據(jù)監(jiān)控視頻信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測和分析得到人流量的情況[4]，還有冉桂華等人提出了一種是利用熱力圖對景區(qū)的人流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測并且可視化的方法[5]等，但是這兩種系統(tǒng)的價(jià)格都比較昂貴、技術(shù)要求高，影響了市場的使用率。

本系統(tǒng)采用嵌入式芯片和RFID技術(shù)完成，具有低功耗、低成本，能準(zhǔn)確方便對景區(qū)人流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，更好完成限流和分流的工作。

1 概述

本系統(tǒng)采用STM32F103作為核心處理器，通過DHT11模塊獲取景點(diǎn)溫濕度情況，將具有識別游客標(biāo)簽的RFID模塊在景點(diǎn)的入口和出口處進(jìn)行簽入和簽出，方便實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)在該景點(diǎn)的人流情況。這些景點(diǎn)的環(huán)境、時(shí)間和人流量等數(shù)據(jù)信息會(huì)實(shí)時(shí)顯示在TFT液晶顯示器上，方便景點(diǎn)管理員觀察。系統(tǒng)的操作模式默認(rèn)為自動(dòng)模式，也可通過紅外遙控器來進(jìn)行設(shè)置，更改進(jìn)出人員是個(gè)人還是團(tuán)體，修改人數(shù)、顯示時(shí)間和環(huán)境的閾值等，出現(xiàn)異常會(huì)發(fā)出聲音警報(bào)和LED燈閃爍警報(bào)。系統(tǒng)可通過ESP8266 Wi-Fi模塊和管理員的手機(jī)終端連接，將數(shù)據(jù)信息傳送到手機(jī)APP上。系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 總體硬件設(shè)計(jì)框架

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊

主控模塊采用的是STM32F103的增強(qiáng)型系列[6]，工作的頻率最高可以達(dá)到72MHz，是一款基于ARM的Cortex-M3內(nèi)核嵌入式設(shè)計(jì)單片機(jī)。它的控制管腳多、性能強(qiáng)大、存儲容量大，滿足人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的需求。

2.2 溫濕度模塊

溫濕度模塊DHT11是一款數(shù)字傳感器[7]，用于檢測溫度和濕度，可以在景點(diǎn)多處設(shè)置檢測點(diǎn)，獲取各個(gè)區(qū)域的環(huán)境溫濕度情況。溫度采集的誤差是在±2℃，濕度采集的誤差是在±5%RH，單總線信號輸出，編程控制簡單。

2.3 紅外遙控模塊

紅外遙控模塊采用的是HS0038，編程方式一般采用NEC協(xié)議，該協(xié)議中載波的頻率是38KHz，地址和指令的長度都是8位，位的時(shí)間間隔是1.125ms或2.25ms。使用紅外遙控模塊是為了方便景區(qū)管理員在實(shí)際操作過程中更方便地對系統(tǒng)進(jìn)行操作，對人員統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行切換等。

2.4 RFID模塊

本系統(tǒng)選擇的是NXP公司的RFID-RC522模塊[7]，其通信協(xié)議采用的是SPI協(xié)議。該模塊的作用就是識別和統(tǒng)計(jì)景點(diǎn)的游客，獲取游客進(jìn)出的情況。該模塊具有高集成度的調(diào)制解調(diào)電路、傳輸距離50mm、傳輸?shù)乃俣瓤斓葍?yōu)勢[8]。在本系統(tǒng)中，每一張RFID標(biāo)簽里記錄RFID標(biāo)簽的卡號和允許進(jìn)入景區(qū)的人數(shù)或金額，景區(qū)管理員根據(jù)游客購買景區(qū)票數(shù)發(fā)放相應(yīng)的RFID標(biāo)簽給游客。

2.5 Wi-Fi模塊

無線通信模塊采用的是ESP8266 Wi-Fi模塊，該模塊已經(jīng)包含了TCP/IP協(xié)議棧，有三種工作模式[9-10]。本系統(tǒng)是采用串口接口和該模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)景區(qū)管理者的手機(jī)終端和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

2.6 液晶顯示模塊

液晶顯示采用的是65k色的TFT-LCD模塊，分辨率為320*240，也是采用SPI方式進(jìn)行通信，最少只需要4個(gè)STM32的I/O口即可。在系統(tǒng)中，主要顯示各類景區(qū)人流信息的操作界面、溫濕度采集顯示等。

2.7 聲光模塊

系統(tǒng)在工作過程中，當(dāng)景區(qū)有游客進(jìn)出的刷卡操作時(shí)，通過聲光模塊模擬打開景區(qū)通道。當(dāng)溫濕度超過異常也會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器鳴叫，同時(shí)LED二極管構(gòu)成的電路也會(huì)進(jìn)行閃爍告警。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 總設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)思路是分層設(shè)計(jì)法，也就是從主控層到驅(qū)動(dòng)層到功能層到界面層。由STM32主控板驅(qū)動(dòng)Wi-Fi模塊、射頻模塊、紅外模塊等。功能層主要實(shí)現(xiàn)的是景區(qū)進(jìn)出入管理、無線網(wǎng)絡(luò)的連接、溫濕度的設(shè)置等等，將完成的一些情況顯示在界面層中?？偟脑O(shè)計(jì)框架如圖2所示。

圖2 總體軟件設(shè)計(jì)框架

3.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)代碼從main（）函數(shù)開始，在主程序中主要完成初始化的工作，涉及外部中斷、定時(shí)器以及基本IO、串口和各模塊設(shè)備等的初始化工作。然后循環(huán)執(zhí)行秒計(jì)時(shí)代碼和其他任務(wù)的調(diào)用。而秒計(jì)時(shí)的判斷是由系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器的中斷服務(wù)函數(shù)來控制。本系統(tǒng)的主要功能是對游客的識別及景區(qū)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)，即主程序的核心任務(wù)對RFID標(biāo)簽的判斷讀寫操作，該操作的流程如圖3所示，程序開始后，出入口的RFID讀卡器會(huì)實(shí)時(shí)請求RFID標(biāo)簽，為防止多張標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)入讀卡區(qū)域，進(jìn)行防碰撞檢測后選擇本景點(diǎn)的RFID標(biāo)簽，驗(yàn)證秘鑰、再進(jìn)行RFID標(biāo)簽的讀寫值操作，保證景區(qū)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。其他系統(tǒng)主要功能任務(wù)處理流程如圖4所示。

圖3 RFID標(biāo)簽的讀寫流程圖

圖4 系統(tǒng)主要功能任務(wù)處理流程

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)開始工作后，進(jìn)入界面，第一行顯示的當(dāng)前的時(shí)間信息，還有采集的溫度和濕度情況。系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式，根據(jù)游客的RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行景區(qū)的進(jìn)出人數(shù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。景區(qū)的管理者也可選擇手動(dòng)人員的情況，選擇“進(jìn)入”就是代表單個(gè)人員進(jìn)入景點(diǎn)；選擇“離開”就是代表單個(gè)人員離開景點(diǎn)；“批量”就是代表團(tuán)體，選中后會(huì)進(jìn)入下一個(gè)界面，輸入總的人數(shù)就可以進(jìn)入景點(diǎn)了。選擇“查詢”的含義就是可以根據(jù)實(shí)時(shí)的進(jìn)出入景區(qū)的情況，顯示當(dāng)前在景區(qū)的人流量。系統(tǒng)部分運(yùn)行界面如圖5（a）所示。

手機(jī)終端的顯示需要Wi-Fi模塊準(zhǔn)確連接上。首先要正確輸入無線名稱和設(shè)定的密碼就可以連接上了。接著打開移動(dòng)終端的APP，輸入相應(yīng)IP和端口號后完成配置就可以進(jìn)行通信了。圖5（b）顯示的是手機(jī)終端接收到信息數(shù)據(jù)，當(dāng)景區(qū)人數(shù)和環(huán)境情況超過異常會(huì)發(fā)送告警信息。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行情況圖

5 結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了景區(qū)人流量的管理，緩解了景區(qū)的人流控制壓力，更好的控制在放假期間景區(qū)的管理。整個(gè)系統(tǒng)操作界面豐富，系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足了當(dāng)前景區(qū)人流統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的安全便捷的要求。

該人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

（1）方便穩(wěn)定。系統(tǒng)采用的主控板穩(wěn)定性很高，通過射頻模塊刷卡統(tǒng)計(jì)人數(shù)、通過紅外遙控進(jìn)行操控管理都非常的方便。

（2）節(jié)約成本。過去人為的數(shù)人頭的方式需要浪費(fèi)大量的人力成本和時(shí)間成本。該系統(tǒng)可以更好統(tǒng)計(jì)人流量的情況，并且統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性高。

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福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目（JT180817）。