王旭，韓敏

（懷化學院1.機械與光電物理學院；2.武陵山片區(qū)生態(tài)農業(yè)智能控制技術湖南省重點實驗室，湖南懷化418008）

便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng)設計

王旭1，2，韓敏1

（懷化學院1.機械與光電物理學院；2.武陵山片區(qū)生態(tài)農業(yè)智能控制技術湖南省重點實驗室，湖南懷化418008）

設計了一種以STC12C5A60S2單片機為控制核心的便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng).系統(tǒng)由主機與輔機兩部分構成，二者通過433M無線模塊進行通信.主機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，單片機在進出狀態(tài)判斷的基礎上控制OLED實時顯示人流量數據，輔機具備火災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，通過模式設置可以實現(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)計數據，對于公共場所的管理和決策具有重大的價值和意義.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單片機為核心，設計了一種多功能的便攜式人流量監(jiān)測系統(tǒng).測試結果表面，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)整體設計

監(jiān)控系統(tǒng)由主機和輔機兩部分構成，其中主機完成人流量監(jiān)測、數據顯示、語音播報等功能，從機完成火災檢測、用電器控制等功能，系統(tǒng)的整體設計框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)設計框圖

主機由主控制器、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成，安裝于人流量檢測入口處.輔機由輔控制器、火焰檢測模塊、用電器控制模塊及無線傳輸模塊構成，可根據實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，為主機和輔機供電.當人體檢測模塊檢測到有人進入監(jiān)控區(qū)域時，由并行檢測模塊判定單人進出或并行進出.主控制器完成人體進出狀態(tài)判斷，發(fā)送數據至顯示模塊實時更新人流量數據.當監(jiān)測到室內人數為0時，經過指定延遲后，主機通過無線傳輸模塊發(fā)送數據至輔機，輔機接收指令后，完成用電器的電源關閉動作.當輔機檢測到火災信號后，發(fā)送數據至主機，完成聲光報警.

系統(tǒng)可設定教室、超市、工廠等三種工作模式.在人流量統(tǒng)計的基礎功能上，教室模式具有會議免打擾、上/下課語音提醒、定時人數播報等功能，超市模式具有歡迎語播報、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、廣播通知播報等功能.

2 硬件設計

2.1 控制器模塊

主機控制器采用STC12C5A60S2單片機，單片機REST接極性電容，構成復位電路，XTAL1與XTAL2接同一個晶振和兩個無極性電容，構成時鐘電路，為單片機提供時鐘信號.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據傳輸，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據讀取，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，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將紅外線變化轉換為電信號，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成，根據兩路傳感器輸出信號的相互關系判斷人體進出狀態(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)測口的內外兩側，在一定時間內，當傳感器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.當單人通過時，AB方向上應滿足

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.

當多人通過時，AB方向上應滿足

其中，Wn為多人并行寬度.顯然，Wn>W1，根據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，設定當DA+DB值小于55 cm時，為單人通過，人流量統(tǒng)計數據應為加1或減1，當DA+DB值大于60 cm時，為雙人并行通過，人流量統(tǒng)計數據應加2或減2.

2.4 無線傳輸模塊

系統(tǒng)主機與輔機間利用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)射信號進行編碼，實現(xiàn)數據的發(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，構成發(fā)射使能端，低電平有效. A11/D0-A9/D2分別接單片機的P2.2-P2.0完成地址或數據輸入.接收端采用PT2272對接收信號完成解碼，實現(xiàn)數據的接收.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分別接單片機的P2.5-P2.7腳，完成數據輸出.

2.5 顯示模塊

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

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 測試結果

3 軟件設計

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，若檢測到火災信號，跳出人流量檢測子程序并聲光報警.

人流量監(jiān)測子程序是人流量監(jiān)控系統(tǒng)的核心，為準確判斷人體進出狀態(tài)，程序采用雙重判斷的比較方式，并根據并行檢測結果決定進出人員數量.人流量監(jiān)測子程序流程圖如圖7所示.主機單片機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.當傳感器A檢測到人體信號時，經過延時后，傳感器B檢測到人體信號，表示有人員進入，否則為人員路過.若并行檢測模塊判定為雙人并行通過，人流量數據加2，否則加1.當傳感器B檢測到人體信號時，經過延時后，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，人流量數據減2，否則減1.

4 測試與分析

測試過程分別對多種進出情況下的人流量數據進行監(jiān)測，包括連續(xù)單人進出、連續(xù)單人/并行進出隨機交替、斷續(xù)單人進出、斷續(xù)單人/并行進出隨機交替等情形，測試時長為4小時.將系統(tǒng)監(jiān)測結果與人工統(tǒng)計結果進行比較，結果如表1所示.

從結果可以看出，系統(tǒng)能夠正確完成進出判斷及單人/并行識別，在人員斷續(xù)進入和連續(xù)單人進入的情況下監(jiān)測數據與人工統(tǒng)計完全一致，連續(xù)的單人/并行隨機情形對系統(tǒng)監(jiān)測數據有一定影響.總體上，系統(tǒng)人流量監(jiān)測數據準確率較高.

5 結論

測試結果表明，本文所設計的人流量監(jiān)測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠有效地判定人員的進出及并行情況，人流量統(tǒng)計數據準確.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，根據應用場合不同可進行靈活的模式設置，實現(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.

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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)農業(yè)智能控制技術湖南省重點實驗室項目（ZNKZ2015-3）；懷化學院大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目（2016）.

王旭，1984年生，男，遼寧鐵嶺人，講師，研究方向：機器視覺無損檢測技術.