葉晗 趙加勁 項宇軒 洪振恒 諸瑾琦

摘要：針對圖像采集人員計數(shù)系統(tǒng)復雜、價格昂貴等缺點，在分析熱釋電效應以及紅外傳感的基礎上，設計了以雙熱釋電紅外傳感器為信號采集單元，以CortexM3單片機為控制核心的人員計數(shù)系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明基于熱釋電紅外傳感器的人員計數(shù)系統(tǒng)能準確分辨人體的運動方向，并實時計數(shù)，可廣泛應用于人體探測和人員計數(shù)等領域。

關鍵詞：雙熱釋電紅外傳感器;CortexM3;人員計數(shù)

0引言

傳統(tǒng)的攝像頭采集圖像信息經(jīng)過復雜的運算實現(xiàn)監(jiān)測的方式已經(jīng)不能適應多變的環(huán)境，而且運算復雜度高。本文采用雙熱釋電紅外傳感器設計出的人員計數(shù)系統(tǒng)并不需要額外的紅外發(fā)生裝置，僅對有一定溫度的熱源敏感，使其能夠適應復雜多變的環(huán)境。

1人員計數(shù)功能的實現(xiàn)

人員計數(shù)系統(tǒng)以Cortex-M3單片機為控制核心，以雙熱釋電紅外傳感器為探測單元實現(xiàn)探測區(qū)域的人員計數(shù)系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中Cortex3處理器采用純 Thumb2指令的執(zhí)行方式，使得這個具有32位高性能的ARM內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)8位和16位的代碼存儲密度。Cortex-M3采用了ARM7架構，具有帶分支預測的3級流水線，中斷延遲最大只有12個時鐘周期，在末尾連鎖的時候只需要6個時鐘周期，同時具有1.25DMPS/MHz的性能和0.19 m W/MHZ的功耗。

2主要軟件流程圖設計

該系統(tǒng)采用兩只熱釋電紅外傳感器平行安裝，每只傳感器只選取上升階段為有效信號，根據(jù)兩只傳感器采集到人體信號的時間、波形來判斷人員的運動方向?qū)崿F(xiàn)計數(shù)系統(tǒng)的增減，其主要軟件流程圖如圖2所示。

3計數(shù)算法與實現(xiàn)

熱釋電紅外傳感器的輸出波形幅度與其感應區(qū)域內(nèi)的溫度變化密切相關。由于相同的溫度變化隨著距離的增加在空氣中的衰減量更大，被傳感器接收的輻射量減少，導致傳感器的輸出波形幅度隨著距離的增加而減小。如圖3所示為傳感器與人體運動距離分別為60cm和30cm時的輸出波形可見探測距離對輸出波形的幅度有明顯的影響。

為了解決上述問題，文中對AD采樣結(jié)果進行算法修正，引入比例因子k，平衡由于探測距離的不同導致輸出波形幅度的變化量，算法修正與實現(xiàn)過程如圖4所示。

文中設計的計數(shù)系統(tǒng)規(guī)定距離傳感器5cm時人體運動的輸出波形為標準輸出，并將該輸出波形通過AD采樣獲得數(shù)組a100，計算數(shù)組a100的平均值-a100，設置成常量。

上文通過對RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形進行放大處理，分析了不同運動方向和距離對RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形的影響，并基于上述結(jié)果設計了以 CortexM3單片機為控制核心，雙熱釋電紅外傳感器為信號采集單元的人員計數(shù)系統(tǒng)，研究了計數(shù)系統(tǒng)軟件算法，實現(xiàn)基于人員實時計數(shù)的考勤和節(jié)能控制功能。

參考論文

[1] 李等. 基于熱釋電紅外傳感器的人體定位系統(tǒng)研究[D]. 武漢理工大學.

[2] 孫華， 李揚. 熱釋電紅外傳感器原理及其應用[J]. 內(nèi)江科技， 2010.

[3] 馮恒振， 石云波， 秦麗，等. 基于熱釋電紅外傳感器的動作檢測系統(tǒng)設計[J]. 壓電與聲光， 2017， 039（004）：610-613.

項目基金：國家級大學生創(chuàng)新項目（202111488026）。

作者簡介：葉晗、趙加勁、項宇軒、洪振恒，衢州學院2019級電氣工程及其自動化專業(yè)學生;諸瑾琦，衢州學院2019級機器人工程專業(yè)學生;指導教師：葉志斌、陳勇，衢州學院電氣與信息工程學院老師。