基于热释电红外传感器的人员计数算法与实现

叶晗 赵加劲 项宇轩 洪振恒 诸瑾琦

摘要：针对图像采集人员计数系统复杂、价格昂贵等缺点，在分析热释电效应以及红外传感的基础上，设计了以双热释电红外传感器为信号采集单元，以CortexM3单片机为控制核心的人员计数系统。实验结果表明基于热释电红外传感器的人员计数系统能准确分辨人体的运动方向，并实时计数，可广泛应用于人体探测和人员计数等领域。

关键词：双热释电红外传感器;CortexM3;人员计数

0引言

传统的摄像头采集图像信息经过复杂的运算实现监测的方式已经不能适应多变的环境，而且运算复杂度高。本文采用双热释电红外传感器设计出的人员计数系统并不需要额外的红外发生装置，仅对有一定温度的热源敏感，使其能够适应复杂多变的环境。

1人员计数功能的实现

人员计数系统以Cortex-M3单片机为控制核心，以双热释电红外传感器为探测单元实现探测区域的人员计数系统框图如图1所示。其中Cortex3处理器采用纯 Thumb2指令的执行方式，使得这个具有32位高性能的ARM内核能够实现8位和16位的代码存储密度。Cortex-M3采用了ARM7架构，具有带分支预测的3级流水线，中断延迟最大只有12个时钟周期，在末尾连锁的时候只需要6个时钟周期，同时具有1.25DMPS/MHz的性能和0.19 m W/MHZ的功耗。

2主要软件流程图设计

该系统采用两只热释电红外传感器平行安装，每只传感器只选取上升阶段为有效信号，根据两只传感器采集到人体信号的时间、波形来判断人员的运动方向实现计数系统的增减，其主要软件流程图如图2所示。

3计数算法与实现

热释电红外传感器的输出波形幅度与其感应区域内的温度变化密切相关。由于相同的温度变化随着距离的增加在空气中的衰减量更大，被传感器接收的辐射量减少，导致传感器的输出波形幅度随着距离的增加而减小。如图3所示为传感器与人体运动距离分别为60cm和30cm时的输出波形可见探测距离对输出波形的幅度有明显的影响。

为了解决上述问题，文中对AD采样结果进行算法修正，引入比例因子k，平衡由于探测距离的不同导致输出波形幅度的变化量，算法修正与实现过程如图4所示。

文中设计的计数系统规定距离传感器5cm时人体运动的输出波形为标准输出，并将该输出波形通过AD采样获得数组a100，计算数组a100的平均值-a100，设置成常量。

上文通过对RE200B型热释电红外传感器输出波形进行放大处理，分析了不同运动方向和距离对RE200B型热释电红外传感器输出波形的影响，并基于上述结果设计了以 CortexM3单片机为控制核心，双热释电红外传感器为信号采集单元的人员计数系统，研究了计数系统软件算法，实现基于人员实时计数的考勤和节能控制功能。

参考论文

[1] 李等. 基于热释电红外传感器的人体定位系统研究[D]. 武汉理工大学.

[2] 孙华， 李扬. 热释电红外传感器原理及其应用[J]. 内江科技， 2010.

[3] 馮恒振， 石云波， 秦丽，等. 基于热释电红外传感器的动作检测系统设计[J]. 压电与声光， 2017， 039（004）：610-613.

项目基金：国家级大学生创新项目（202111488026）。

作者简介：叶晗、赵加劲、项宇轩、洪振恒，衢州学院2019级电气工程及其自动化专业学生;诸瑾琦，衢州学院2019级机器人工程专业学生;指导教师：叶志斌、陈勇，衢州学院电气与信息工程学院老师。