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- 基于紅外傳感器的樓宇人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的設(shè)計
- 來源：21IC 發(fā)表于 2011/3/5
0 引言
隨著現(xiàn)代社會和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外技術(shù)已經(jīng)為大家所熟知。由于紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，給人們?nèi)粘Ｉ詈凸舶踩珟砹藰O大的便利。本文介紹的，就是以紅外傳感器為基礎(chǔ)的一套樓宇房間人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)。鑒于現(xiàn)有的各種人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的種種不足或限制，本文設(shè)計了一套實時、可行的計數(shù)設(shè)備。它以熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，通過對外圍電路的設(shè)計，能識別人進(jìn)來(向左運動)或者出去(向右運動)的方向，進(jìn)而產(chǎn)生不同的通道信號去觸發(fā)相應(yīng)的控制電路，通過單片機編程，連接計算機，就可以對樓宇人數(shù)進(jìn)行實時準(zhǔn)確的監(jiān)控。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計原理
該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：通過RE200B熱釋電紅外傳感器對周圍環(huán)境的紅外線進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。當(dāng)有人進(jìn)入傳感器的探測范圍時，傳感器將感應(yīng)到的信號傳輸給下一級的放大濾波電路，經(jīng)過放大并濾除干擾的電信號再通過電壓比較電路，能將人的進(jìn)出兩個方向很好地識別出來。接著通過單片機編程將代表不同方向的信號轉(zhuǎn)換為人數(shù)變化的信號，同時通過串口編程將人數(shù)的變化信息通過無線模塊發(fā)送到計算機，通過計算機監(jiān)控軟件將人數(shù)統(tǒng)計信息以圖形界面的方式實時顯示出來。
2 系統(tǒng)各功能單元介紹
2．1 熱釋電紅外傳感器的工作原理
本系統(tǒng)采用RE200B熱釋電紅外線傳感器作為接收人體紅外輻射的核心元件，是整個電路的信號接收部分。它具有方向識別的功能，能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路。
如圖2(a)所示：RE200B有兩個敏感單元P1、P2。這兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，較之單熱電元的結(jié)構(gòu)(圖2(b))，不僅可以使輸出的信號具有方向性，還可以抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾。工作時，當(dāng)人體從圖中箭頭所指的兩個不同方向經(jīng)過探測視場時，由于兩個熱敏元件接收到的紅外熱輻射的先后次序恰好相反，使得熱敏元件表面的正負(fù)電荷由平衡到不平衡，再到平衡的交變過程在整體上也相反，這時就會有兩種相位相反的交變信號電壓輸出。它們反映人體的進(jìn)、出行走方向。
2．2 放大電路
紅外熱釋電傳感器BE200B的輸出信號非常微弱，且信號中含有因環(huán)境引起的噪聲信號，所以必須對信號進(jìn)行濾波放大。在電路中使用LM324構(gòu)成280倍放大電路，并通過電位器R3調(diào)節(jié)偏置電壓，使靜態(tài)輸出電壓盡可能平穩(wěn)于U0(圖3)，但此時信號受環(huán)境溫度影響無法保證穩(wěn)定性，所以增加一級微分電路，通過調(diào)節(jié)電位器R11使微分電路靜態(tài)輸出不受環(huán)境溫度影響穩(wěn)定于U0附近，當(dāng)有人或紅外源從左右方向經(jīng)過傳感器窗口時可以看到微分電路輸出Vb會隨人通過方向不同而不同(圖3(a)(b))。
2．3 電壓比較器
RE200B傳感器雖然可以辨別人體運動方向，但它輸出的方向信號卻不能被計數(shù)用的單片機識別，所以必須在放大電路后面加一個電路，將人體進(jìn)出兩路信號區(qū)別開來并被單片機識別。上一級的輸出信號Vb經(jīng)過兩路電壓比較電路輸出O1、O2，當(dāng)從左向右經(jīng)過傳感器窗口時O1先出現(xiàn)低電平，O2后出現(xiàn)低電平，如圖3(c)(e)，從右向左經(jīng)過傳感器窗口時O2先出現(xiàn)低電平，O1后出現(xiàn)低電平，如圖3(d)(f)。單片機使用中斷獲取兩個低電平先后順序即可判斷出方向。
2．4 單片機控制電路的設(shè)計
本設(shè)計選用AT89C2051作為單片機控制電路的核心。單片機的外部中斷INT0、INT1引腳分別連接到兩組從電壓比較器傳來的高低電平信號。由于單片機外部中斷引腳接收到負(fù)跳變信號時才能產(chǎn)生中斷請求信號，所以當(dāng)檢測到人體紅外信號時，對應(yīng)的外部中斷跳變成低電平并向CPU申請中斷，通過判斷INT0和INT1引腳產(chǎn)生中斷的順序來判斷人員的進(jìn)出方向。
程序設(shè)計主要考慮信號采集、人員進(jìn)出的不同速度、是否進(jìn)或出、環(huán)境干擾和實時顯示輸出等情況，其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到計數(shù)裝置的可靠性和實用性。信號采集是使用周期性的信號掃描來完成，每隔2～8ms采集一次外部中斷INT0和INT1引腳，外部中斷、定時計數(shù)器，T0和T1協(xié)同工作。主程序設(shè)計流程如圖4所示。
信號經(jīng)單片機處理后，輸出到顯示模塊八個顯示筆畫a，b，c，d，e，f，g，DP八個口，以驅(qū)動數(shù)碼管顯示房間里的總?cè)藬?shù)，同時通過無線串口通信的方式將房間數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)來顯示結(jié)果，這樣管理者可以通過數(shù)據(jù)終端方便快捷地查看房間人數(shù)情況。
2．5 計算機監(jiān)控軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件是基于Microsoft公司VC++編寫的，包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊、接收數(shù)據(jù)實時顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，系統(tǒng)軟件的主控界面如圖5所示：
3 結(jié)束語
該樓宇人數(shù)監(jiān)控系已在某些企業(yè)樓宇進(jìn)行了試用。實踐證明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，對樓宇人數(shù)統(tǒng)計準(zhǔn)確，實時性好。同時該系統(tǒng)成本低，具備體積小、重量輕、便于安置和簡單易用的特點，在對樓宇人數(shù)統(tǒng)計上發(fā)揮了巨大作用，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟價值。
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