一种低成本的室内人数监控系统

　　摘要：随着社会经济与信息技术的发展，人口流动量与流动范围越来越大，在多种场合中需要对流经人数、环境参数和人流体温进行迅速测量。针对该应用场景，基于STC89C52单片机设计了一种低成本、高准度的室内人数监控系统，主要包含温湿度、红外等传感器以及LCD12864液晶显示设备等。该系统通过传感网络监测人口流动情况，实时检测环境参数，从而实现室内人数统计与显示、温湿度环境测量、时钟显示等功能。相比传统的人数监控系统，该系统具有价格低廉、准确度高及速度快等优点，可用于车站候车室、高校自习室、城市公园等场合的人数统计，也可用于极端社会环境下的人员流动安全监控与体温检测。

　　关键词：低成本;STC89C52单片机;传感器;人数统计;温湿度;体温检测

　　0引言

　　准确的人数统计信息对于学校、车站、地铁、餐馆、展览馆等公共场所进行资源的合理分配和利用非常重要[1]。基于这种需求，人数统计系统应运而生，尽管它的发展非常迅速，但是目前进行人数统计的方式主要还是通过视频监控系统实现。相对于一些只要求记录人数数据而不要求采集人的具体特征的场所而言，一套完整的视频监控系统的制作成本较高，造成了不必要的资源浪费。利用STC89C52单片机技术和传感器技术设计的人数监控系统[2-6]，集温湿度环境测量、体温检测、时钟显示和人数统计于一体，以其成本低廉，准度较高等优势，满足了当前市场的需求，可广泛应用于公共场所。

　　1系统总体方案设计

　　基于单片机技术与传感器技术的智能人数统计系统主要以STC89C52单片机为中心进行设计和扩展，系统功能通过软硬件结合的方式实现，外围主要包括电源电路、按键电路、时钟电路、数据采集单元、数据处理与分析单元等。

　　2系统硬件电路设计

　　2.1STC89C52主控单元电路设计选择STC89C52单片机作为系统的核心，主要完成一些运算并控制每个模块电路的运行。STC89C52单片机系统主要由供电电路、复位电路、时钟电路等组成。

　　2.2电源电路在单片机系统中，为电路供电的电源模块是保证系统能够稳定工作的重要前提。USB电源可以提供5V直流电源，确保系统正常工作。该设备能真正做到“即插即用”，具有速度快、连接灵活、及时补充电源等优点，且相比使用电池供电，USB轻巧便携，更环保。

　　2.3按键电路设计

　　按键设计选用3个独立按键实现电路的不同功能，按键的一端分别与单片机的25，26，27引脚连接，另一端接地。由于此设计采用STC89C52单片机，而P2口有一个内置的上拉电阻，因此无需再连接上拉电阻。当手动按下其中某一个按键时，该按键对应的单片机引脚被拉低，松开按键后，I/O口变为高电平。可根据单片机引脚的高低电平变化判断对应的按键操作。

　　2.4数据采集单元设计

　　系统数据采集主要包括室内温湿度的采集和人数统计。

　　2.4.1温湿度信息采集技术科学研究表明，当室内温度处于19～24℃，湿度处于40%RH～60%RH时，室内空气较好，环境舒适，人的大脑运转和心理状态最佳，思维反应快，工作效率高[7]，掌握室内的温湿度情况能够为人们提供良好的工作环境。该设计选用DHT11传感器检测室内的温湿度变化情况。DHT11数字温湿度传感器是一种结合温度和湿度测量的复合传感器[8]，只有4个引脚，接口简单、体积小、响应速度快、抗干扰性强、质量好、价格低，为4针单排引脚封装，采用单线制串行接口连接，相比其他电路而言比较简单，可靠性和稳定性高。

　　2.4.2红外光电传感器人数统计模块选用E18-D80NK传感器实现，它是一种集发射与接收于一体的红外数字反射传感器[9]，利用被检测物体对红外光束的遮挡或反射对物体进行检测。当室内有人员出入时，发射器发射的光线被遮挡后返回接收器端，然后在接收器内部将光信号转化为电信号，并在放大电路中对其进行滤波、放大、解调等操作后输出低电平信号，此时光电开关的指示灯被点亮;反之，无人员进出时，红外线反射的光不能使接收管达到饱和状态，光电开关的指示灯处于熄灭状态。

　　2.4.3时钟模块设计选用DS1302时钟芯片实时显示时间，该芯片与单片机的连线较少，很大程度上节省了单片机的系统资源。单片机通过读取DS1302中寄存器的数据就能得到正确的时钟和日历信息。DS1302时钟芯片性能好，功耗低，内部有RAM实时时钟电路，可以对年、月、日、时、分、秒进行准确计时，对闰年进行补偿，并设置时间模式(12小时制或24小时制)。除此之外，该芯片还有充电寄存器，可在断电时工作。芯片工作电压为2.5～5.5V，在传送数据时，只有将RST引脚端置为高电平，才能将命令字及数据送入寄存器，如果RST端为低电平，则终止数据的传送，无法显示时间。

　　2.4.4红外测温设计使用MLX90614红外测温传感器进行人体温度检测。人体热量以热辐射的形式散发到环境中，被测物体发出的能量汇集在光电探测器，将红外信号转换为对应的电信号，经过内部放大器和A/D信号处理电路后送到单片机中处理[10]。将处理后的数据送到液晶显示器中显示，由此确定人体温度是否正常。相比传统的体温计而言，该系统进行温度测量时无需接触，只需将探测窗口对准脸的位置，即可安全、快速、准确地测出人体温度，操作简单、便捷。

　　2.5数据处理与分析

　　2.5.1人数统计选用2个红外光电开关实现实时人数统计。将2个红外传感器并排安装在每个教室的前门或后门，区分传感器被先后触发的顺序，将光电信号转换成单片机能够读取的高低电平信号，单片机分析处理中断信号并计算，实现人数统计。

　　2.5.2数据显示模块设计LCD12864液晶显示模块主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成，能够实现多位运行以及多线连接[11-12]，可以将单片机输出的参数显示在界面，操作方便，安装简单，成本较低。通过单片机运行处理电路，结合LCD12864液晶显示器，将放大、滤波处理后的有效数据在显示屏上使用阿拉伯数字显示出来。

　　3系统软件设计

　　程序设计主要涉及数据检测部分和数据实时显示部分，其准确性直接影响系统的准确性与可靠性。将程序分解为独立的子程序，进行编程和调试。其中，数据检测部分负责检测来自光电开关电路的脉冲信号是否发生加减变化，并选择性记录数据;显示部分用来显示输出的数值变化。

　　4系统安装与调试

　　本系统在设计过程中，对于软件和硬件的设计均采用模块化形式进行[13]，分工明确，可确保系统在出现异常时迅速进行判断和分析。先进行硬件电路的设计和调试，再进行软件部分程序的编写与运行，完成每个模块的设计后，将程序导入单片机中运行调试。

　　4.1硬件安装及调试硬件电路是实现软件电路的基础，系统设计中，从选型到完成设计所需模块较多，涉及的电路较复杂，包含单片机微处理器、数据采集和分析模块、数据显示模块、电源模块、按键模块等，因此硬件焊接和组装的工作量较大。在制作硬件电路之前，需按照功能将电路划分为小模块，然后合理安排布线，理清元件中每个引脚的正负和功能。最后，在AltiumDesigner软件中绘制出各模块的原理图，检查无误后在电路板上焊接。

　　4.2软件调试

　　本系统程序通过C语言编写，不仅效率高，程序执行速度也比较快，且容易理解，最重要的是它具有完善的模块程序结构。在编写完每个模块的程序后进行调试，只有通过调试才能查找和修改代码，起到矫正作用。选用目前较受欢迎的Keil软件进行程序的编写和调试，生成.hex文件，通过串口烧录进单片机后上电即可运行。

　　软件工程论文： 基于组态软件的智能家居系统的设计

　　5结语

　　本文设计了一种以单片机为核心部件的室内人数监控系统，实现了红外信息采集、温湿度检测、人数统计、时钟显示等功能。该系统可用于车站、学校、餐馆、城市公园等场所的人数统计和温湿度提示，也可用于极端社会环境下的人员流动安全监控与体温检测。

　　参考文献

　　[1]陈久红，张海玉.基于深度学习的教室人数统计系统设计[J].软件导刊，2019，18(10)：27-29.

　　[2]赵凤金.未来计算机与信息技术的研究热点及发展趋势探索[J].信息与电脑(理论版)，2017，29(4)：45-47.

　　[3]吴奕瑶，靳志颖.浅谈51单片机的应用与发展[J].科学大众(科学教育)，2019，87(12)：138.

　　[4]贾政宇，刘蓟南，张英哲.浅析单片机计数器系统设计[J].南方农机，2019，50(5)：39.

　　[5]梁承权.单片机教学用的人数统计模块[P].CN305453386S，2019-11-22.

　　[6]樊建勋，王新鑫，武建伟，等.单片机在电子技术发展趋势下的应用前景[J].湖北农机化，2019，41(14)：106-107.

　　作者：秦立静，刘欢

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