公共建筑物内人群流量统计器设计.docx
- 文档编号:29760088
- 上传时间:2023-07-26
- 格式:DOCX
- 页数:49
- 大小:753.87KB
公共建筑物内人群流量统计器设计.docx
《公共建筑物内人群流量统计器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《公共建筑物内人群流量统计器设计.docx(49页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
公共建筑物内人群流量统计器设计
公共建筑物内人群流量统计器设计
目录
摘要I
ABSTRACTII
1方案选取背景1
1.1客流统计的重要性1
1.2当前主要产品分析1
2系统方案的论证3
2.1客流统计器的基本要求3
2.2设计的基本思路3
2.3系统方案的比较和论证3
2.3.1CPU的选择3
2.3.2人员识别装置4
2.3.3显示输出电路7
2.4系统组成8
3硬件电路设计9
3.1单片机最小控制系统的设计9
3.1.1单片机复位电路的设计9
3.1.2单片机震荡电路的设计9
3.1.3单片机总线扩展10
3.2单片机键盘接口电路的设计11
3.2.1独立式键盘接口电路11
3.2.2矩阵式键盘接口电路的设计12
3.3单片机显示电路的设计13
3.3.1LED静态显示方式13
3.3.2LED动态显示显示方式13
3.3.3LED驱动电路14
3.3.4人员检测识别部分的电路设计16
3.4单片机接口扩展电路17
3.4.1单片机I/O口扩展17
3.4.2单片机外部数据存储器扩展18
3.4.3地址空间的分配18
3.5单片机与微型打印机接口电路设计19
3.6单片机与电脑通信接口电路的设计20
3.6.1基本原理20
3.6.2近程通信20
3.6.3远程通信21
3.7电源电路的设计22
3.8整体原理图22
4主要元器件功能介绍23
4.1AT89S52单片机引脚及其功能介绍23
4.1.1MCS-51单片机组成23
4.1.2MCS-51单片机引脚功能23
4.1.3单片机片外总线结构25
4.274LS377主要功能介绍26
4.374LS373主要功能介绍27
4.474LS138主要功能27
4.5LED数码管28
4.6常用数据存储器29
5软件设计30
5.1系统定义30
5.2软件结构设计30
5.3程序流程图31
5.3.1键盘程序31
5.3.2显示电路的软件设计32
5.3.3MC-51与PC串行通信接口调试32
5.3.4微型打印机并行接口34
5.3.5整体系统程序流程图35
5.4系统程序35
致谢36
参考文献37
附录39
公共建筑物内人群流量统计器设计
摘要
本文介绍一种采用MCS-51单片机设计的客流量统计器,能够对进出公共建筑物内的人流量进行统计并显示出来,并将所显示的数据进行定时存储,并通过微型打印机打印出来。
同时通过RS232接口与计算机进行通信,对单片机所存储的数据进行进一步的处理,如生成各种表格等。
该统计器采用价格低廉的MCS-51单片机作为CPU,红外对管作为人员识别装置,同时采用74LS377对CPU的I/O口进行了扩展,使硬件电路达到简单的目的。
在商业竞争激烈的今天,客流量已经成为重要的指标。
各种各样的人流量统计仪器也走向市场。
与其他产品相比,该客流量统计仪器具有价格低廉,功能完善等优点,可以广泛用于商场、超市、影院等公共场所。
关键词客流统计/红外检测/单片机
TheDesignofPublicBuildingsCrowdFlowStatistics
ABSTRACT
ThispaperpresentsaMCS-51microcontrollerdesignedforpassengertrafficstatistics,righttorecordtheflowofpeopleaccesstothepublicbuildingandthestatisticsshow,whichwillbeshowninregulardatastoragethroughmicro-printerandprintedout.Andatthesametime,interfacedwiththecomputercommunicationsthroughRS232,theMCUhasthestoreddataforfurtherprocessing,asproducingallkindsofforms.ThestatisticsusesthelowpriceofMCS-51microcontrollerasaCPU,theinfraredrightofstaffasidentificationdevice,andthe74LS377isalsousedastheI/OofCPU,sothesimplehardwarecircuitachievesthepurpose.Intensecompetitioninthebusinesstoday,passengertraffichasbecomeanimportantindicator.Allsortsofpeopleflowstatisticsdevicesappearinthemarket.Comparedwiththeotherproducts,thecustomerflowstatisticalappearslowpriceandimprovesthefunctions,italsocanbeusedinshoppingmalls,supermarkets,cinemasandotherpublicfacilities.
Keywordspassengertrafficstatistics,infrareddetection,microcontroller
1方案选取背景
1.1客流统计的重要性
在商竞争异常激烈的今天,客流量已经成为一个非常重要的指标。
对于依赖客流量的产业来说,客流量更是意义重大。
您的店面客流量是不是很高?
正在进行的促销推广活动每天让店里增加了多少客流量?
您打的广告或者门脸装修每天让店里增加了多少客流量?
如何调整店内布局才能让已经进门的顾客真正掏钱?
提高服务在多大程度上能让已经进门的顾客真正掏钱?
降价打折在多大程度上能让已经进门的顾客真正掏钱?
销售额除以客流量每天都一样吗?
是否有足够的销售人员来满足顾客的服务需求?
这些问题都要求能够对客流量进行一个进行精确的统计和对比,通过这一准确的量化的数据,您不但可以获得您的商场、购物中心、博物馆或者飞机场完整的正在运行的状况,而且您还可以利用这些高精度的数据,进行有效的组织运营工作!
这就要求有一个合适的客流统计器来完成这些工作。
1.2当前主要产品分析
当前市场上,已经有各种各样的客流统计器来满足不同使用群体的需求,但是他们都有优缺点,主要分析如下:
①人工计数
优点:
适用于点检测,费用相对较小,从心理上觉得比较可靠。
缺点:
短时间(如半小时内)可靠性较高,但随着时间的延长误差大幅增加;当客流量增大时,误差率>30%。
②单束被动式红外传感器
优点:
可以区分有生命的对象和无生命的对象。
缺点:
区别能力差,不能区分单人还是多人,误差率>60%。
③单束主动式红外计数器
优点:
价格相对较低
缺点:
不能辨别行进方向,不能区别人或物体、单人或多人,只适用于窄小通道。
④多束被动式红外顶置帘
优点:
能区分对象是否有生命
缺点:
无法辨别行进方向;计数区域有重叠;统计精确度不高于80%;安装时受宽度和高度的局限。
⑤视频检测系统
优点:
可以辨别行进方向,隐蔽;可以与保安系统相连,相对精确度>90%
缺点:
受亮度、光照条件变化、人流量密集程度的影响较大;不能在黑暗或室外使用;精确度受计数区域重叠的影响;当用于宽阔通道时,价格昂贵。
通过上面的对比,对市场上的产品有了一个初步的了解。
这对设计出一个功能完善,价格低廉的客流量统计仪器奠定了很好的基础。
2系统方案的论证
2.1客流统计器的基本要求
(1)能够识别出进出公共建筑物内的人体。
(2)能够对人流量进行实时统计。
(3)能够实行进出双向计数。
(4)能够对客流量进行直观的显示。
(5)能够对对客流量进行定时存储。
(6)能够对定时存储的数据进行打印输出。
(7)能够同计算机进行通信,对存储的数据进行进一步的处理。
2.2设计的基本思路
题目要求设计一个客流量统计仪器,按照设计的基本要求,系统可分为六大模块,人员识别模块、控制器模块、数据采集处理模块、数据存储模块、数据显示模块、人机交互模块。
其中人员识别模块完成对进出公共建筑物内的人员进行识别,并转换成控制器可以识别的数字信号。
此时的数字信号送给控制器处理,由控制器完成被测人流数量的判断、存储以及显示等功能。
此部分对软件的设计要求比较高,系统的大部分功能都需要软件来控制。
在扩展功能上,本设计增加了一个微型打印机的接口,可以把一定时间内的人员数量打印出来,另外还增加了一个通信接口,能够和计算机进行通信,并对数据做进一步的处理。
2.3系统方案的比较和论证
2.3.1CPU的选择
单片机自问世以来,以极高的性价比受到人们的重视和关注,应用十分广泛,发展速度也非常快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强,对环境的要求不高,而且价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发周期短。
而且目前单片机技术比较成熟,功能也比较强大。
我国所应用的单片机主要以MCS-48、MCS-51、MCS-96为主流系列。
因此在本次设计中采用了MCS-51单片机作为CPU。
89C51是51系列单片机中应用最为广泛、价格低廉、性能比较稳定的单片机,具有4K×8ROM、256×8RAM、2个16位定时计数器、3个8位I/O接口。
这些配置能够很好地实现本仪器功能指标,因此,选择了89C51作为控制的MCPU。
2.3.2人员识别装置
人员识别部分是客流量统计仪器中最关键的组成部分,直接决定系统的灵敏性与稳定性,是整个产品质量的保障。
因此,要想设计出一个高性能并且适用的客流量统计仪器,必须对人体识别技术进行详细的了解。
因此,我们了解了以下几种方案:
(1)红外探测器
红外探测器是一种辐射能转换器,主要用于将接收到的红外辐射能转换为便于测量或观察的电能,热能等其他形式的能量。
人体都有恒定的体温,一般在37度左右,会发出特定波长10μm左右的红外线,被动红外探测器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生信号。
红外探测器主要分为主动红外探测器和被动红外探测器两种。
被动红外探测器是一种在安防工程中使用极为普遍的一类探测器。
它是以探测人体辐射为目标的,所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。
同时为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
被动红外探测器主要工作原理是:
其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。
而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。
一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同不能抵消,经信号处理而报警。
被动红外深测器本身不发任何类型辐射,器件功耗很小,隐蔽性较好,价格低廉。
但是容易受各种热源、阳光源干扰;被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探测器接收;易受射频辐射的干扰;环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。
因此在本次设计中没有采用。
主动红外入侵探测器是由发射机和接收机组成,发射机是由电源、发光源和光学系统组成,接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。
主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器,发射机中的红外发光二极管在电源的激发下,发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8~0.95微米之间),经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收,由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号,经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机,构成了一条警戒线。
正常情况下,接收机收到的是一个稳定的光信号,当有人入侵该警戒线时,红外光束被遮挡,接收机收到的红外信号发生变化,提取这一变化,经放大和适当处理,控制器发出的报警信号。
目前此类探测器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。
一般应用在周界防范居多,最大的优点就是防范距离远,能达到被动红外的十倍以上探测距离。
被动红外探测器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。
人体的红外能量与环境有差别,当人通过探测区域时,探测器收集到的这个不同的红外能量的位置变化,进而通过分析发出报警。
但外界环境是:
不但人体会发出红外能量,许多物体在一定的条件下都会散发红外能量,而在可见光中这种能量尤其突出,所以任何被动红外探测器的抗白光干扰就成了一个重要的指标。
在室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下,这种探测方式表现非常好。
但室外情况就不同了,长期以来被动红外探测在室外只有极少数厂家才能做到。
因此在这次设计中,主动式红外探测器成为首选的人员识别装置。
(2)语音识别技术
所谓语音识别,是指运用计算机系统对语音所承载的内容和说话人的发音特征等所进行的自动识别。
在我国,自从1987年开始执行国家863计划后,国家863智能计算机专家组为语音识别技术研究专门立项,每两年滚动一次。
目前,我国语音识别技术的研究水平已经与国外基本同步,同时,在汉语语音识别技术上还具有一些特点和优势,达到了国际先进水平。
语音识别系统得工作过程:
首先,用高保真的麦克风采集声音;其次,声音识别设备不断地记录、测量声音的波形和变化,若模拟式则不需数字化;最后,将现场采集的并记录、测量的声音,经处理与事先登记过的声音模板进行精确的匹配与比对,并输出比对识别的结果。
声音识别技术是一种非接触的识别技术,用户方便、简单,易于接受。
但是它也具有以下缺点:
声音会随着音量、速度和音质的变化(如同一个人感冒引起的变化)而影响采集与比对的结果;容易用录在磁带上的声音欺骗声音识别系统;因为声音变化范围太大,很难进行精确匹配,且能伪造,所以安全可靠性较差;高保真的声音采集装置——麦克风比较昂贵。
所以这次设计过程当中没有采取语音识别装置。
(3)指纹识别技术
指纹识别技术是采用图像处理和模式识别的方法进行指纹分析、对比,从而达到人员识别的目的。
光电采集头采集指纹图像,并将其采样、量化。
微计算机提取指纹图像的特征数据(特征点如脊、谷和终点、分叉点或分歧点),并进行图像增强、二值化、修饰与细化等处理,然后与预先保存的指纹图像的特征数据进行比对识别。
最后,输出比对识别的结果,以鉴别个人的身份。
指纹识别技术的优点:
使用简单、方便。
一般只要在指纹图像采集装置上按下手指即可;安全、可靠。
由于人的手指指纹的唯一性,又不会被偷窃或丢失,所以安全、可靠、灵活、快捷。
对不同的现场要求,可根据人员的情况设定不同的权限,以灵活地满足不同的管理需求。
指纹采集头采集速度快,即使是线阵CCD采集,鉴别时间也不小于1秒钟;可小型化,使价格低廉。
指纹采集头可更加小型化,从而会使价格更低。
指纹识别技术的缺点:
每一次使用指纹都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕,因而这些指纹痕迹存在被用来复制的可能性;必须要有好的指纹识别算法,否则指纹位置不对或指纹质量不高都会使验证无法进行。
算法要支持360度旋转和残缺的指纹,对手指的压感、旋转、质量以及采集头的灰尘和薄雾,系统都要能很好地解决。
(4)面貌识别技术
面貌识别技术是通过对面部特征和它们之间的关系来进行识别。
一般较复杂,需要人工智能和机器知识学习系统。
首先,通过标准视频摄像和热成像技术采集面部图像。
标准视频是通过一个标准的摄像头来摄取面部的图像;热成像技术是通过面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部图像(这在黑暗情况下也可使用),并可排除胡须、头发以及化妆引起的面部变化的干扰。
其次,将上述的面像文件处理生成面纹编码(记录眼睛、鼻子和嘴的大小、位置以及它们之间的相对位置等特征)。
这种面纹编码可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化,因而具有强大的可靠性。
最后,将当前的面像的面纹编码与档案库存中的面纹编码进行检索比对,从而输出识别的结果。
面貌识别技术的优点:
是一种非接触的识别技术;快速、简便。
这种识别无需干扰人们的行为,你只要从摄像机前走过,你的面貌就已快速地采集和检验,非常简便;直观、准确可靠。
因为用面像鉴别身份,别人一眼就可看出,所以它是最直观、可靠而准确的;性价比高、可扩展性良好。
这种识别技术不需要人的行为配合,能方便有效地识别人的身份,而且识别设备只需通用的PC硬件及相关软件,因而性价比高,又加上应用更为广泛,所以具有良好的可扩展性能。
面貌识别技术的缺点:
使用者面部的位置及周围环境光均影响系统的精确性;采集设备昂贵。
因视频摄像要比较高级的摄像头才可以高速有效地扑捉面部图像,再加上热成像技术,所以价格昂贵;因人体面部如头发、饰物、变老等变化需通过人工智能来补偿,机器学习功能还必须不断地将以前得到的图像和现在得到的进行比对,以改进核心数据和弥补微小的差别。
(5)视网膜识别技术
视网膜也是一种被用于生物识别的特征,虽然有些人认为视网膜是比眼虹膜更为唯一的生物特征,但这种识别技术要求激光照射眼球的背面才可获得视网膜特征的唯一性。
首先,用激光照射眼球背面,采集头采集视网膜图像;其次,将采集的视网膜进行处理,提取特征与预先存贮的视网膜特征进行比对识别;最后,输出比对识别的结果,以鉴定身份。
视网膜识别技术的优点:
由于视网膜“隐藏”于眼内,不可能磨损、老化或为疾病所影响,因而是一种极其固定的生物特征;由于视网膜不可见,不会被伪造,因此是一种最可靠的识别技术;是一种非接触的识别技术。
视网膜识别技术的缺点:
由于需激光照射,可能会给用户带来健康损坏,因而还需进一步研究;视网膜识别技术对用户没有吸引力;很难降低成本。
2.3.3显示输出电路
在客流量统计仪器中,要实现良好的人机界面,除了输入设备以外,还必须有输出设备,其中显示器是最要的输出设备。
常用的显示器包括简单的发光二极管LED显示器,液晶显示器LCD,荧光管显示器等,它们各有优缺点,一般根据产品的需要进行选择。
LED显示器是由发光二极管组成的用来显示特定字段的显示器,常用的有7段码和“米”字形两种。
发光二极管使用灵活,简单方便,当有电流通过时,相应的发光二极管就点亮;当电流消失时,发光二极管就熄灭。
在实际使用中,常常需要显示多位数字,这时可以将几块LED拼在一起,构成LED显示器。
液晶显示器(LCD)由于具有体积小,低耗电量,无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,越来越多的被使用到各种仪表设备中去,代替传统的CRT显示器使用。
常见的液晶显示器分为字符型核电阵型两种。
字符型LCD只能显示特定的字符,应用在特定的场合,可以代替常用的LED显示和进行其他特殊字符的显示;点阵式LCD则可以以点阵的形式显示字符、图形和汉字,满足各种需要。
因为客流量统计仪器只需要显示几个数字,显示比较简单,所以用LED数码管完全能够满足系统的要求。
2.4系统组成
经过方案比较和论证,最终确定的系统组成框图如图2.4所示。
从图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件,其中控制器采用ATMEL公司生产的AT89S52,基于ISE软件平台,采用汇编语言编程实现数据处理、LED驱动、数据存储、键盘控制等模块,其它单元电路将在都有所介绍。
图2-1系统整体方案图
3硬件电路设计
3.1单片机最小控制系统的设计
3.1.1单片机复位电路的设计
单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。
在设计完单片机系统,出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。
图3-1复位电路
图3-1(a)为加电自动复位电路。
图3-1(b)为人工复位电路。
加电瞬间,RES端的电位与Vcc相同,随着RC电路充电电流的减小RES的电位下降,只要RST端保持10毫秒以上的高电平就能使MCS-51单片机有效地复位,复位电路中的RC参数通常由实验调整。
当振荡频率选用6MHz时,C选22uF,R选1K,便能可靠地实现加电自动复位,若采用RC电路接斯密特电路的输入端,斯密特电路输出端接MCS-51和外围电路的复位端,能使系统可靠地同步复位。
3.1.2单片机振荡电路的设计
8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端,时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
内部方式时钟电路如图2-2所示。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路就产生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶振可以在1.2MHz到12MHz之间选择,电容值在5-30PF之间选择,电容的大小可起频率微调作用。
图3-2MCS-51单片机时钟电路
外部方式的时钟很少用,若要用时,只要将XTAL1接地,XTAL2接外部振荡器就行。
对外部振荡信号无特殊要求,只要保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。
3.1.3单片机总线扩展
51单片机有4个8位的并行口,已占用了32条引线,而51单片机总共只有40条引脚,这8根数据线和16根地址线必须采用引脚复用的方法,也就是一根引脚必须有两种或更多种功能,才能满足需要,某一根引脚究竟作何用,则根据硬件的要求进行设计从而使用不同的功能。
(1)P0口作为数据总线和低8位地址线
P0口是一个多功能口,如果扩展外围芯片,P0口就可以作为数据总线和低8位的地址总线来使用。
CPU先从P0口送出低8位地址,然后从P0口送出数据或接收数据。
(2)以P2口作为高8位地址线
在访问外部存储器或I/O口时,可能需要超过8位的地址线,这时就用P2作为高8位的地址线。
在P0口出现低8位地址信号时,P2口也出现高8位的地址线,这样一共就可以有16根地址线。
(3)地址、数据分离电路
单片机的P0口作为数据总线和低8位的地址总线来使用,如果直接将P0口接到扩展芯片的数据总线和低8位地址线是行不通的,P0口送出地址和接收或更新出数据是分时进行的,一定要把地址和数据区分开,这里可以采用74LS373。
其硬件电路图3-4所示:
图3-4P0口地址/数据分离示意图
这个电路实现地址/数据分离的关键就在于ALE信号。
ALE信号在P0口输出地址信号的那一段时间是高电平,因此,这段时间中,74LS373的输出端的状态和P0口的状态相同,即反映了低8位的地址信号。
而当P0口开始准备接收或者发送数据时,ALE端就变成了低电平,因此,即便此时P0口的状态发生变化,74LS373的输出端也不会跟着发生变化,即低8位的地址信号被“锁”住了。
3.2单片机键盘接口电路的设计
键盘是单片机系统中的一个很重要的部件,是实现人机接口常用的部件。
通过它人们可以向计算机输入数据、传送命令、控制CPU的运行,以实现特定的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 公共 建筑物 人群 流量 统计 设计