毕业设计（论文）-大型消费场所的人流监控系统.doc

梧州学院毕业论文摘 要人流监控系统广泛用于购物场所，娱乐场所，工厂和车站等场所的人流量检测，为企业决策者提供准确的人流信息，进而有效组织运营工作，最大限度降低商业成本。本文介绍了一种低成本，性能可靠的人流监控系统的设计和实现。本系统基于热释电红外探测原理，以微控制芯片MCU为核心，并结合工业组态软件组态王实现的人流监控系统。系统由上位机和下位机两部分组成，下位机用于人流的检测和提供标准的RS232通信接口，主控芯片使用了ATMEL公司的AT89S52，人流检测部分采用热释电红外检测模块。上位机采用通用PC，在PC端，使用工业组态王软件（组态王）编制友好的界面。便于管理者了解监控区域的现场信息，及时进行相关人员的合理调度，同时实现了自动控制现场的灯光系统、空调系统及其他相关设备。 本课题完成了整个系统的硬件和软件的设计，设计出了适用于大型消费场所的人流监控系统。关键词：热释电红外传感器 组态王 单片机 MAX232 DS1302 DS18B20全套设计加扣3012250582 45Abstract The stream people monitoring system is widely used in the shopping place ,a public place of entertainment ,factory and station and so on. It can supply the exact information of the stream people to the decision-maker of Enterprise, and then to organize the right work in effectively, to make the commercial cost as low as it possible. This article we introduce a way which the cost is low but the properties is reliable to design and realization the stream people monitoring system. This system is base on the infrared acquisition principle, regarding controlling the chip MCU as the core, combine with configuration king, a industrial configuration software configuration to bring about the stream people monitoring system. The system consists of upper and lower crew two major components. The lower crew is used to monitor stream of people and provide standard RS232 communication interface, the top management chip has used AT89S52 of ATMEL Company, the stream of people measurement adopts the module of infrared heat explains electricity detect. The upper adopts the general PC, in the PC end, use industrial configuration software (configuration king) to design a friendly interface. It is convenient for administrator to understand the on-the-spot information of controlling the area, carry on the managing rationally of relevant personnel in time, and at the same time realized the automatically controlled of the light system, the air conditioner system and other relevant equipment in scene. This design has accomplished both the hardware and the software, and brought forward a kind of stream of people monitoring system suitable for the place of large-scale consumption. Keywords: Heat is cleared up the electric infrared transducer kingview One-chip computer MAX232 DS1302 DS18B20 目 录前 言1第一章 系统结构及工作原理21.1常用检测人员流动的测量方法及比较21.1.1方案一21.1.2方案二21.1.3方案三21.2 系统的组成3第二章 系统的单元模块电路设计52.1电源模块52.2键盘输入模块52.3数码显示模块62.4温度检测模块102.5时钟模块122.6语音报警模块152.7电器控制模块182.8通信模块192.9主控芯片的选择202.10人流检测模块原理和设计22第三章 系统软件设计253.1 下位机软件253.1.1主程序方案253.1.2 各模块子程序设计263.2 PC界面303.2.1上位机监控软件简介303.2.2在组态王中定义设备地址的格式333.2.3 组态王与单片机通信的命令格式343.2.4人流监控系统界面简介35第四章 系统测试394.1 人流检测模块394.2 与组态王通信模块404.3 电器控制模块404.4 语音提示模块404.5 温度和时钟模块40第五章 结论41致 谢42参考文献43前 言人流量作为衡量公共场所繁忙程度的重要指标，日益受到人们的重视，业已成为商业决策和公共安全监控的有效工具。对于商业企业而言，人流量是衡量企业经营决策的重要指标。人流量与销售额存在相关的正比关系，已经成为商业企业投资决策、发展前景和经营效果评估的重要依据。随着商业竞争的日趋加剧，商业模式也由传统的被动营销向主动营销转变，日常的人流规律分析日益受到重视。对于政府公共服务部门而言，人流量可以提供精确衡量公共设施使用效率，分析人流规律，预测发展趋势，及时准确的制定公共政策。人流监控系统广泛使用于商场、超市、博物馆、图书馆、酒吧、电影院、机场、火车站、客运码头等各类人流场所。但现有的人流监控系统中，不少系统因为其价格的原因或不易安装等原因不为人们所接受，本文介绍的人流监控系统基于热释电红外探测原理,以微控制器AT89S52为核心，并结合工业组态软件实现的。系统硬件具有安装便捷、精度高、误判率低、实时性好和功耗低等优点。系统分析软件是采用的是工业组态软件组态王，友好的界面，可以为管理人员提供更及时、更精确的客流信息。协助决策者实施有效管理，提高企业效益。软件具有帮助企业优化管理流程、减低耗损、提升服务质量、降低营运成本、提高净收益、控制经营风险、提升公司行业竞争力的作用。该系统适用于监控不做很特殊要求，单向门进出，但须能在通用PC机端直观监测的场合。第一章 系统结构及工作原理 人流量对一个企业，特别是对大型消费场所是非常重要的，某一特定的时间里，知道某区域里面的人流量的多与少，对企业的经营者做出相应的决策提供非常可靠的基础。1.1常用检测人员流动的测量方法及比较1.1.1方案一此方案采用红外测障原理的检测，用一对普通的红外发射管，当有障碍物挡住的时候，就向主控芯片（如单片机）发送一个高或低电平的信号，还可通过用定时器产生或直接用单片机产生38KHZ的方波给发射管提供电压，进一步提高其稳定性。此方案电路简单，但要求做到很稳定时不易实现，而且不能满足本设计的要求，因为只要用障碍物经过检测的区域，不管是不是人都将会有反应，造成错误的判断。1.1.2方案二 此方案采用高可靠微波感应人体传感器，其工作原理如下： 微波感应控制器使用直径9厘米的微型环形天线作微波探测，其天线在轴线方向产生一个椭圆形半径为05米（可调）空间微波戒备区，当人体活动时其反射的回波和微波感应控制器发出的原微波场（或频率）相干涉而发生变化，这一变化量经HT7610A进行检测、放大、整形、多重比较以及延时处理后输出电压控制信号。 高可靠微波感应控制器工作非常可靠，一般没有误报，是以往红外线、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，具有安装隐蔽、监控范围大等优点。其缺点是成本太高，高可靠微波感应人体传感器TX982模块每个65元，使用时，高可靠微波感应控制器产生的微波信号在传输、反射接收以及放大处理过程中可能引起微量噪波，过分提高灵敏度将引起噪波误触发，并且对安装位置要求很严格，不利于自己制作。1.1.3方案三 此方案采用热释电红外检测模块实现人流的检测。热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成其工作原理是：通过热释电探头敏感单元采集到的环境温度的变化，并把其转换成相应的电信号输出。热释电人体红外线传感器具有低频响应（一般为0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为515um）的响应。确切地说传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。当没有人进入传感器的检测区域时，传感器稳定输出低电平。相反，当有人进入热释电人体红外线传感器的检测范围内时，人体发射的10um左右的红外线感应到红外感应源上。红外感应源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，在传感器的输出端输出一个12MV的正弦波信号，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。实践证明，一些传感器对远在20米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。热释电红外传感器的特点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉 。相比前两种方案，传感器后续处理电路容易实现，解决了方案一不能解决的问题。并且此方案对外围的电路要求不高，而且性能稳定，完全符合本设计的要求。因此，本设计中采用方案三。基于方案三的工作原理，分别在入口和出口那里分别装用一个热释电红外传感器检测模块，实现对消费区域里的人流监控的目的。下图是被动式热释电红外传感器检测模块的工作原理。被动式红外传感 器高、低通放大器电压比较 器整 形电 路MCU AT89S52人流信息图1-1人流检测模块的工作原理图正常的情况下，传感器稳定的输出低电平信号，当有人进入传感器检测区域的时候，传感器就有电平信号输出， 经过后续电路处理后向单片机发送一个跳变信号。1.2 系统的组成系统以单片机AT89S52作为整个系统的控制核心（包括键盘、LED显示），结合涓流充电时钟芯片DS1302、单线数字温度传感器DS18B20、语音芯片ISD4004，电平转换芯片MAX232和热释电红外检测模块，并连同工业组态软件组态王组成的人流监控系统。能对场所里的人流和场所的相关设备进行时时监控，超人数上限报警和存储预报警值的功能 实际采用电路方案如下图1-2所示。 电源部分 数码显示模块 MCU AT89S52温度检测模块语音报警模块键盘输入电器控制电路PC工业组态王软件界面MAX232通信电路时钟电路模块前门人体红外检测模 块后 门人 体红 外检 测模 块图1-2系统框图 第二章 系统的单元模块电路设计根据系统框图图1-2，系统可分为10个部分：电源模块，键盘输入模块，数码显示模块，温度检测模块，时钟电路模块，语音报警模块，电器控制模块，MAX232通信模块，主控芯片的选择以及人体红外检测模块。下面依次介绍各个模块的详细设计。 2.1电源模块整个电路的供电电源如图2-1所示，由220V交流电经变压、整流、滤波后，由78L12和78L05三端稳压器向系统提供+12V 和+5V电压。 图2-1 电源部分对于+12V是向继电器控制电器模块提供的。即继电器的G2B-2D的工作电压。2.2键盘输入模块 由图2-2可以看出电路图非常的简单，只用四个按键就可以完成各个状态的转换和模式切换，在单片机内部用动态扫描的方法对P20、P21、P22和P23进行低电平扫描即可，S1 是进入调整模式选择键,总共有4种模式,分别为：1调整用电器等级,2设定当前工作人员人数， 3.设定系统时间;4设定场所的顾客人数上限值，当调到尽头时又返回开始从新顺序循环；而S2则是实现累加1的功能，即实现对不同的模式状态下变量的状态值调整；S3是移位功能键，既实现在一种模式下选择不同变量的调整，S4是确定功能键，每当选择修改好一种模式下的变量后，比如设定好顾客人数上限值后，只有按下该键后才能把新的数值保存并且恢复到常态显示。 图2-2 键盘接线图 2.3数码显示模块电路如图2-3：图2-3 数码显示电路在本设计中采用共阴数码管专用驱动芯片MAX7219来完成八位数码管的显示，对于数码管的显示原理做一下简单的介绍：MAX7219是一款串行共阴数码管动态扫描驱动芯片,其峰峰值电流可以达到40mA,最高串行扫描频率为100MHz,典型扫描频率为1.3KHz,仅使用三线串行接口传送数据,可直接与单片机接口,用户可以方便地修改其内部参数以实现多位LED的显示.它内含动态扫描显示控制电路,每片芯片可以驱动8位共阴数码管或64个独立的LED,当多片MAX7219级联时,可控制更多的LED.总的来说,本设计采用MAX7219是基于以下考虑的.1.MAX7219可以驱动8个共阴LED,可方便地对每位进行单独刷新,不需要写整个显示器寄存器.2.外围电路只需一个电阻即可设定峰值段电流,可用于亮度调节,同时也支持软件方式调节显示器亮度.3.通信方式采用串行方式,可与任何一种单片机方便进地接口,仅使用单片要的三个I/O口,即可完成8位LED的显示控制与驱动.4.可以设置为低功耗模式,此模式下单片机人仍可对其进行数据传送与操作,而且芯片电流仅为150uA。MAX7219的内部结构 图2-4 MAX7219的内部结构图MAX7219的内部结构如图2-4所示。MAX7219内部主要包括移位寄存器、控制寄存器、译码器、数码管驱动器、段驱动器以及亮度调节和多路扫描电路等。MAX7219的数据格式MAX7219采用串行格式接口方式，只需要LOAD、DIN和CLK三个引脚便可实现数码管的串行传送。MAX7219的16位串行数据格式如表2-1所示： 下表MAX7219的16位串行数据格式其中，低八位表示显示数据本身，最高的四位没有使用，D11-D8用于寻址内部寄存器地址。MAX7219内部具有14个可寻址数据位和寄存器，8个数位寄存器由一个片内8X8双端口SRAM实现。它们可直接寻址，因此，可对单个数据位进行更新，并且通常只要超过数据就可以保存下来。除个数位寄存器外，MAX7219内部还有无操作，译码方式，亮度调整、扫描位数、低功耗模式和显示测试6个控制寄存器，它们的功能如下：无操作寄存器:用于多片MAX7219串联；译码方式寄存器：用于设置每个数位工作于译码格式或是非译码方式。亮度寄存器：用于显示亮度的数字化调整。显示器的亮度可以通过模拟和与数字两种方式进行调整。模拟方式在VCC与ISET引脚之间接一个电阻，调整这个电阻就可以调整数码管的每段的电流，从而调整亮度；数字方式是使用亮度调整寄存器，此时芯片内部启用一个脉宽调制器，它受亮度调整寄存器低半字节D3-D0的控制，产生16种占空比不同的输出脉冲，形成16级亮度调整。MAX7219的工作时序和部分驱动程序MAX7219的数据传输时序如图2-5所示。图2-5 MAX7219数据传输时序图DIN引脚上的16位串行输入数据包在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中，此过程不受LOAD状态的影响。然后，在LOAD的上升沿，数据被锁存到数位或控制寄存器中。注意，LOAD必须中第16个时钟上升沿到不之后，第17个时钟沿上升沿之前变高，否则将会丢失数据。DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端，在CLK的下降沿输出。MAX7219 送数据函数void write(char com,char da) / max7219char temp,i,j;load=0;clk=0;for(i=0;ii)!=0)din=1;else din=0;clk=1;/上升沿存入for(j=0;j5;j+);clk=0;for(i=0;ii)!=0)din=1;else din=0;clk=1;for(j=0;j=100？人数=80？增开用电器为B级下调用电器为A级 YN返回. 图3-5人流处理和用电器控制流程图 3.2 PC界面3.2.1上位机监控软件简介随着工业自动化水平的迅速提高及计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高。种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的需求。在开发传统的工业控制软件时，当被控对象一旦有变动，就必须候修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长，由于每个控制项目的不同而使已经开发的成功的工控软件重复使用率低，导致了它的价格非常昂贵，在修改工控软件的源代码时，原来的编程人员由于工作变动等原因而离去，则必须由其他人员或新手来修改源代码，带来很多的问题。通用工业自动化组态软件的出现为解决这一问题提供了一种崭新的方法，它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态（configuration）为模块化任意组合。除了上述优点之外，用组态王软件构造“人流监控系统”还可以大大缩短开发时间，并保证系统的质量。因此软件开发上我们选用了“组态王6.5.1”组态软件。 “组态王 6.5.1”组态软件是由北京亚控自动化软件科技有限公司开发的运行于Windows98&NT中文平台全中文界面的面向对象的大型组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。组态王 6.5.1具有一个集成开发环境“组态王工程浏览器”，在工程浏览器中可以察看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK 和画面运行系统TOUCHVEW来完成的。 TOUCHMAK是应用程序的开发环境。在TOUCHMAK中可以完成设计画面、动画连接等工作。TOUCHMA具有先进完善的图形生成功能;数据库中有多种数据类型，能够合理的抽象控制对象的特性;对变量报警、趋势曲线、过程一记录、安全规范等重要功能都具有简单的操作办法。TOUCHVEW是“组态王”的实时运行环境，在TOUCHMAK 中建立的图形画面只有在TOUCHVEW 中才能运行。TOUCHVEW 从工业检测和控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还把数据的变化用动画的方式形象的表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。图3-6 组态王体系结构如图3-