便携式人流量监测系统设计

王旭，韩敏

（怀化学院1.机械与光电物理学院；2.武陵山片区生态农业智能控制技术湖南省重点实验室，湖南怀化418008）

便携式人流量监测系统设计

王旭1，2，韩敏1

（怀化学院1.机械与光电物理学院；2.武陵山片区生态农业智能控制技术湖南省重点实验室，湖南怀化418008）

设计了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的便携式人流量监测系统.系统由主机与辅机两部分构成，二者通过433M无线模块进行通信.主机中由热释电红外传感器完成人体检测，超声波传感器完成人员并行判定，单片机在进出状态判断的基础上控制OLED实时显示人流量数据，辅机具备火灾检测及用电器控制功能.系统采用锂电池供电便于携带和安装，通过模式设置可以实现不同的功能.

人流量监测；STC12C5A60S2；热释电红外传感器；超声波传感器

人流量是重要的统计数据，对于公共场所的管理和决策具有重大的价值和意义.传统的人流量监测系统功能较为单一，且安装后不易移动，对于生产生活中临时性人流量监测需求难以适用[1-4].本文以STC12C5A60S2单片机为核心，设计了一种多功能的便携式人流量监测系统.测试结果表面，该系统工作稳定，能够满足不同条件下的工作需求.

1 系统整体设计

监控系统由主机和辅机两部分构成，其中主机完成人流量监测、数据显示、语音播报等功能，从机完成火灾检测、用电器控制等功能，系统的整体设计框图如图1所示.

图1 系统设计框图

主机由主控制器、人体检测模块、并行检测模块、无线传输模块、时钟模块、语音模块及显示模块构成，安装于人流量检测入口处.辅机由辅控制器、火焰检测模块、用电器控制模块及无线传输模块构成，可根据实际情况选择安装位置.为提高便携性，系统采用锂电池作为系统电源，为主机和辅机供电.当人体检测模块检测到有人进入监控区域时，由并行检测模块判定单人进出或并行进出.主控制器完成人体进出状态判断，发送数据至显示模块实时更新人流量数据.当监测到室内人数为0时，经过指定延迟后，主机通过无线传输模块发送数据至辅机，辅机接收指令后，完成用电器的电源关闭动作.当辅机检测到火灾信号后，发送数据至主机，完成声光报警.

系统可设定教室、超市、工厂等三种工作模式.在人流量统计的基础功能上，教室模式具有会议免打扰、上/下课语音提醒、定时人数播报等功能，超市模式具有欢迎语播报、分时段人流量汇总等功能，工厂模式具有分时段人流量汇总、广播通知播报等功能.

2 硬件设计

2.1 控制器模块

主机控制器采用STC12C5A60S2单片机，单片机REST接极性电容，构成复位电路，XTAL1与XTAL2接同一个晶振和两个无极性电容，构成时钟电路，为单片机提供时钟信号.P3.2、P3.3接收人体检测信号，P0. 4-P0.7控制并行检测模块的数据传输，P2.0-P2.3完成对无线发射模块的控制，P2.5-P2.7完成对无线接收模块的信号读取，P0.0-P0.2完成对时钟电路控制和数据读取，P3.4-P3.6完成对语音电路控制，P1.0-P1.4完成对OLED显示电路控制.主控制器电路如图2所示.

图2 主控制器电路图

图3 人体进出判断示意图

图4 并行检测示意图

辅控制器采用STC12C5204AD单片机，P3.4完成对用电器的控制，P1.5-P1.7完成对无线接收模块的信号读取，P1.0-P1.2完成对无线发射模块的控制，P3.3接收火焰检测信号模块信号.

2.2 人体检测模块

人体体温一般在37℃，发出特定波长10 μm左右的红外线，热释电红外传感器能够将红外线变化转换为电信号，并有效抑制背景光的干扰.人体检测模块由A、B两路热释电红外传感器构成，根据两路传感器输出信号的相互关系判断人体进出状态.如图3所示，热释电传感器A与热释电传感器B位于监测口的内外两侧，在一定时间内，当传感器A、B均检测到人体信号时，若信号A先于信号B时，为人体进入状态.若信号B先于信号A，为人体离开状态.若只有传感器A、B其中一个检测到人体信号，则为人体路过状态.

2.3 并行检测模块

在人流量监测过程中，可能会出现多人并行通过的情形，为避免人员并行对监测造成的影响，系统采用两路超声波传感器完成并行检测.

如图4所示，超声波模块A、B安装于入口左、右两侧.当单人通过时，AB方向上应满足

其中，L为入口宽度，DA为超声波传感器A测得距离，DB为超声波传感器B测得距离，W1为单人宽度，H为超声波传感器宽度.

当多人通过时，AB方向上应满足

其中，Wn为多人并行宽度.显然，Wn>W1，根据DA+DB的值即可完成单人或多人并行通过的判断.

通常，人体的宽度为35~50 cm，对于大多数入口而言，3人以上并行通过的情形较为罕见，考虑一般性，系统仅检测双人并行通过情形.为增加系统的鲁棒性，设定当DA+DB值小于55 cm时，为单人通过，人流量统计数据应为加1或减1，当DA+DB值大于60 cm时，为双人并行通过，人流量统计数据应加2或减2.

2.4 无线传输模块

系统主机与辅机间利用433M无线模块完成通信功能[3]，无线传输模块电路图如图5所示.发射端采用PT2262对发射信号进行编码，实现数据的发送，433M无线发射模块的ATAD接PT2262的Dout，输出编码信号，PT2262的OSC1、OSC2外接69M欧电阻.TE脚接电阻和发光二极管，构成发射使能端，低电平有效. A11/D0-A9/D2分别接单片机的P2.2-P2.0完成地址或数据输入.接收端采用PT2272对接收信号完成解码，实现数据的接收.433M无线接收模块的ANT、DATA共同接PT2272的DIN，完成脉冲编码信号输入，PT2272的OSC1、OSC2外接69M欧电阻.VT脚接电阻和发光二极管，构成接收使能端，接收有效信号时，VT端由低电平变为高电平.D0-D2分别接单片机的P2.5-P2.7脚，完成数据输出.

2.5 显示模块

系统采用0.96寸OLED显示屏完成人流量数据显示.OLED显示屏MOSI接单片机1.4脚，完成数据输入. CLK接单片机P1.3脚，提供时钟信号.CS接单片机P1.2脚，提供片选信号，D/C接单片机P1.1脚，完成命令数据切换.

图5 无线传输模块电路图

图6 主程序流程图

图7 人体检测子程序流程图

表1 测试结果

3 软件设计

系统软件主程序流程图如图6所示.初始化完成端口及变量定义，系统根据按键选择工作模式，执行人流量监测子程序，若检测到火灾信号，跳出人流量检测子程序并声光报警.

人流量监测子程序是人流量监控系统的核心，为准确判断人体进出状态，程序采用双重判断的比较方式，并根据并行检测结果决定进出人员数量.人流量监测子程序流程图如图7所示.主机单片机采用外部中断下降沿触发方式，轮询热释电红外传感器A、B是否有人体检测信号.当传感器A检测到人体信号时，经过延时后，传感器B检测到人体信号，表示有人员进入，否则为人员路过.若并行检测模块判定为双人并行通过，人流量数据加2，否则加1.当传感器B检测到人体信号时，经过延时后，传感器A检测到人体信号，表示有人员离开，否则为人员路过.若并行检测模块判定为双人并行通过时，人流量数据减2，否则减1.

4 测试与分析

测试过程分别对多种进出情况下的人流量数据进行监测，包括连续单人进出、连续单人/并行进出随机交替、断续单人进出、断续单人/并行进出随机交替等情形，测试时长为4小时.将系统监测结果与人工统计结果进行比较，结果如表1所示.

从结果可以看出，系统能够正确完成进出判断及单人/并行识别，在人员断续进入和连续单人进入的情况下监测数据与人工统计完全一致，连续的单人/并行随机情形对系统监测数据有一定影响.总体上，系统人流量监测数据准确率较高.

5 结论

测试结果表明，本文所设计的人流量监测系统工作稳定，能够有效地判定人员的进出及并行情况，人流量统计数据准确.系统操作简单，成本低廉，采用锂电池供电便于携带和安装，根据应用场合不同可进行灵活的模式设置，实现不同的功能.系统适合在教室、会展、集会等人流量监测场合使用.

[1]李健，吴恋.基于物联网传感技术的区域客流量统计系统[J].中外交流，2015（36）：17.

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[4]千承辉，王超，曹曦元，等.多传感器数据处理的人流量监测系统[J].实验室研究与探索，2013，32（2）：35-38.

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[6]张学斌，张涛，王旭.多功能自动拨号报警系统设计研究[J].怀化学院学报，2011，30（8）：45-48.

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

武陵山片区生态农业智能控制技术湖南省重点实验室项目（ZNKZ2015-3）；怀化学院大学生研究性学习和创新性实验计划项目（2016）.

王旭，1984年生，男，辽宁铁岭人，讲师，研究方向：机器视觉无损检测技术.