基于單片機(jī)的校園餐廳人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)預(yù)警系統(tǒng)

何錦濤

（西安文理學(xué)院信息工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 前言

2020年年初新冠肺炎疫情的暴發(fā)給世界各地的人民生命安全帶來嚴(yán)重的威脅，隨著對(duì)病毒傳播途徑等特性的研究，疫情的常態(tài)化防控已經(jīng)是日常生活中的重要工作。高校作為人口密集場(chǎng)所更是防控的重點(diǎn)，特別是高校餐廳，具有就餐時(shí)間集中，容易出現(xiàn)人員密度過大的特點(diǎn)，因此應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)控制餐廳內(nèi)的就餐人數(shù)。針對(duì)這一問題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)餐廳人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)進(jìn)入和離開餐廳的人數(shù)，并提供餐廳內(nèi)就餐人數(shù)的狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定閾值給出預(yù)警信息，確保餐廳人數(shù)不超過設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，相比人工計(jì)數(shù)和控制，統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度和效率都更高，而且該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔經(jīng)濟(jì)，拆裝簡(jiǎn)單，還能夠進(jìn)一步降低人員接觸，可用于校園餐廳或其他容易出現(xiàn)人員密集的場(chǎng)所。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)校園餐廳等場(chǎng)所人員容易出現(xiàn)集中、快速流動(dòng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)首先要具有對(duì)流動(dòng)人數(shù)快速、準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)與顯示的功能，且計(jì)數(shù)方式應(yīng)當(dāng)是非接觸式的，其次要具有預(yù)警功能，即當(dāng)位于餐廳內(nèi)的人數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，要在入口處通過顯示告警裝置提醒人員暫停進(jìn)入，待有人員從餐廳出口離開后，再重新提醒入口處可正常進(jìn)入。根據(jù)這一需求，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔和易于拆裝的方面綜合分析，本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為處理、控制單元，計(jì)數(shù)裝置采用非接觸式紅外計(jì)數(shù)器，選用E18-D80NK-N紅外傳感器，此傳感器識(shí)別范圍廣，抗干擾性強(qiáng)，價(jià)格低廉操作簡(jiǎn)易，比較符合本系統(tǒng)的要求。同時(shí)系統(tǒng)還包含報(bào)警、顯示、按鍵、電源等，系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。電源模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，按鍵模塊可對(duì)系統(tǒng)的人數(shù)閾值進(jìn)行設(shè)置以及清零和系統(tǒng)復(fù)位。紅外線計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行人數(shù)數(shù)據(jù)的采集并送至主控芯片。主控芯片根據(jù)控制處理程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果通過顯示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，以及驅(qū)動(dòng)預(yù)警裝置進(jìn)行報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體功能圖如圖2所示，接通電源打開開關(guān)之后整個(gè)系統(tǒng)會(huì)首先進(jìn)行初始化自檢，初始化和自檢通過后顯示屏?xí)@示初始正常內(nèi)容，系統(tǒng)開始運(yùn)行。此時(shí)可以通過按鍵設(shè)置報(bào)警人數(shù)的閾值數(shù)。按下S4按鍵進(jìn)入設(shè)置界面，再通過S2和S3鍵可以對(duì)報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置好數(shù)值后，再次按下S4鍵到初始界面。若不做設(shè)置，則系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的預(yù)警人數(shù)值進(jìn)行報(bào)警。然后系統(tǒng)進(jìn)入正常工作，即計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示進(jìn)出人數(shù)以及餐廳內(nèi)當(dāng)前總?cè)藬?shù)，達(dá)到閾值就會(huì)觸發(fā)預(yù)警裝置報(bào)警。此時(shí)，若出口有人員離開，餐廳內(nèi)人數(shù)減少，降低至閾值以下，則停止報(bào)警，并提示可以繼續(xù)進(jìn)入。

圖2 系統(tǒng)總體功能圖

3 系統(tǒng)性能測(cè)試

按照總體方案，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真測(cè)試[5]，測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)正常運(yùn)行，然后按照方案對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件的連接焊接，并將軟件部分燒寫至單片機(jī)，最后對(duì)完成的系統(tǒng)進(jìn)了實(shí)際功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3（a）是系統(tǒng)啟動(dòng)后的初始狀態(tài)；圖3（b）是設(shè)置報(bào)警閾值人數(shù)的狀態(tài)，圖中將閾值設(shè)置為41；圖3（c）是報(bào)警狀態(tài)，其中J代表進(jìn)入的人數(shù)，為46人，C代表離開的人數(shù)，為1人，Z代表當(dāng)前餐廳內(nèi)的人數(shù)，為45人，從測(cè)試結(jié)果可以看出，系統(tǒng)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)了就餐人數(shù)，且根據(jù)閾值進(jìn)行了及時(shí)報(bào)警。圖3（d）是正常未超出閾值時(shí)的狀態(tài)，也準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)了進(jìn)入、離開和當(dāng)前餐廳內(nèi)的人數(shù)。以上測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠正確統(tǒng)計(jì)進(jìn)入和離開餐廳的人數(shù)，并能夠正確顯示餐廳內(nèi)的實(shí)時(shí)就餐人數(shù)，且能夠根據(jù)設(shè)定的閾值發(fā)出正確的預(yù)警信息，滿足餐廳人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)和預(yù)警的要求。

圖3 系統(tǒng)測(cè)試圖

4 結(jié)語

本文針對(duì)疫情防控常態(tài)下校園餐廳等人員流動(dòng)密集場(chǎng)所的人數(shù)統(tǒng)計(jì)預(yù)警問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)人數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)采用非接觸式計(jì)數(shù)，以STC89C52單片機(jī)為控制處理核心，計(jì)數(shù)器采用一對(duì)紅外線發(fā)射接收管作為計(jì)數(shù)器的信號(hào)檢測(cè)裝置，分別布置于餐廳的出口處和入口處，當(dāng)有人員進(jìn)入和離開時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)情況傳送至主控模塊，入口處計(jì)進(jìn)入餐廳的人數(shù)，出口處計(jì)離開餐廳的人數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)出入口計(jì)數(shù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前在餐廳內(nèi)就餐人數(shù)，并輸出至顯示模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)人數(shù)大于設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)在入口處發(fā)出告警信息，提示控制進(jìn)入人員或停止進(jìn)入。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)進(jìn)入和離開餐廳的人數(shù)，并提供餐廳內(nèi)就餐人數(shù)的狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定閾值給出預(yù)警信息，確保餐廳人數(shù)不超過設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，相比人工計(jì)數(shù)和控制，統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度和效率都更高，而且是非接觸式統(tǒng)計(jì)，能夠進(jìn)一步降低人員接觸風(fēng)險(xiǎn)，可用于校園餐廳等人員密集、流動(dòng)性大的公共場(chǎng)所，是疫情防控常態(tài)下的一種有效工具，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。