大型场所进出人数自动计数系统设计.doc

1 目 录 摘要 I 关键词 I 第一章 绪论 1 1 1 课题研究目的及意义 1 1 2 人数计数系统应用 1 1 3 本文主要内容安排 1 第二章 人数计数系统总体方案设计 3 2 1 人数计数系统分类 3 2 2 红外检测人数计数系统 3 2 2 1 光电式传感器工作原理 3 2 2 2 光电式传感器构成 4 2 2 3 光电式传感器分类和工作方式 4 2 3 系统总体方案设计 5 2 4 主要器件选择 6 2 4 1 光电传感器选择 6 2 4 2 系统 CPU 选择 6 2 4 3 无线收发模块选择 7 2 4 4 电源芯片选择 9 第三章 系统硬件电路设计 11 3 1 系统硬件电路总体设计 11 3 2 系统各部分硬件电路设计 11 3 2 1 单片机电路设计 11 3 2 2 nRF2401 电路设计 12 3 2 3 串口通信电路设计 16 3 2 4 电源电路设计 17 第四章 系统软件设计 18 4 1 系统软件总体设计 18 4 2 系统主模块程序设计 18 4 3 系统子模块程序设计 19 第五章 系统软硬件调试 22 5 1 伟福仿真系统调试 22 5 2 硬件系统调试 22 结 论 24 参考文献 25 2 致 谢 26 附 录 27 I 摘 要 在大型场所中 往往人流量较大时 为避免紧急情况发生 需要对进出场 所的人数需要进行统计 以掌握和控制人数 本课题设计了一种某大型场所进 出人数自动计数系统 该系统具有设计简单 成本低廉 安装方便的特点 适 合大型场所实现进出人数的自动计数 本文首先介绍了课题的研究目的及意义 对人数计数系统的应用进行了简 要介绍 对系统的总体设计方案进行了设计 给出了系统硬件电路设计的详细 方案 给出了软件设计流程 并对系统调试情况进行了详细阐述 关键词 人数计数系统 光电开关 无线收发模块 串口通信 1 第一章 绪论 1 1 课题研究目的及意义 某些大型场所人流量较大 如果人数超限 一旦发生紧急情况 将会带来 无法估计的损失 如何有效的了解人员数量 更加有效地管理 尽早地控制人 员数量 避免不必要的损失 是新一代智能产品的研发基础及最终目的 基于以上目的 本课题设计了一种某大型场所进出人数自动计数系统 该系统 利用红外光电传感器实现检测 无线收发模块将数据送至主机系统 从而完成 进出人数的自动计数 该系统既有成本较低 设计简单的特点 适用于各种场 所的进出人数自动计数 具有较高的应用前景 1 2 人数计数系统应用 应用于公交车辆上的自动乘客计数 APC 系统的组成主要有红外线监测装置 热量监测装置 光电监测单元 气胎重量监测装置等 红外线监测装置通常装 配在车门口 它通过对红外线光束流的中断次数的计数 来实现对乘客流量的 计数 每一次中断代表乘客上车或下车 西门子的自动乘客计数系统即是利用 红外线 2 监测系统根据乘客上车或下车时经过两个红外线传感器监测区域的 先后顺序不同 可判断出乘客的运动方向 此系统在于当乘客数量较多且无序 经过时 精度不高 在矿井乘罐人数计数系统中 通过在煤矿安装智能矿井乘罐人数计数器 时 针对实际现场空间和布局 以较为美观的栅栏进出口作为计数器的数据采 集点 以保证计数的准确性 同时 在栅栏通道里口进行了栅栏门设计 由气 缸控制栅栏门的开合 通过对计数器溢出脉冲信号 停罐脉冲信号及安全门闭 锁信号的采集来控制气缸电磁阀 实现安全门与计数器的联动 1 3 本文主要内容安排 第 1 章主要介绍了课题的研究目的及意义 对人数计数系统的应用进行了 简要介绍 第 2 章介绍了人数计数系统的分类 红外检测人数计数系统的原理 并给 出了本系统的总体设计方案 结合该设计方案 对实现系统的主要元器件的选 择进行了介绍 第 3 章对系统硬件电路进行了设计 包括了总体硬件电路设计以及各部分 2 硬件电路设计 第 4 章对系统软件设计进行了详细介绍 给出了主模块程序流程图和子模 块程序流程图 并详细进行了说明 第 4 章对软硬件电路调试进行了简要阐述 最后 对全文进行了总结 3 第二章 人数计数系统总体方案设计 2 1 人数计数系统分类 人数计数系统根据检测方法的不同大致可以分为两类 一类利用红外传感 器对人员进行检测 通过对红外线光束流的中断次数的计数 来实现对人员流 量的计数 另一类应用了视频检测技术 利用摄像头对目标进行图像采集 将 采集后的图像进行相关算法的处理以实现人数计数 上述两种方法中 方法一 实现简单 成本低 而方法二技术相对先进 适用性较强 因此 本文采用了 方法一来实现人数计数系统的设计 即利用红外传感器对人员进行检测的方法 2 2 红外检测人数计数系统 2 2 1 光电式传感器工作原理 光电式传感器是一种以光电器件作为转换元件 将被测量通过光量的变化 转换成电量进行检测的传感器 光电式传感器一般由光源 光学元件和光电元 件三部分组成 光源发射出一定通量的光线 由光电元件接收 在检测时 被 测量使光源发出的光通量发生变化 因而使接收光通量的光电元件的输出电量 也作相应的变化 最后用电量来表示被测量的大小 光电式传感器输出的电量 可以是模拟量 也可以是数字量 其工作原理如图2 1所示 图2 1 光电式传感器工作原理 4 2 2 2 光电式传感器构成 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的 光电 传感器在一般情况下 有三部分构成 它们分为 发送器 接收器和检测电路 发送器对准目标发射光束 发射的光束一般来源于半导体光源 发光二极 管 LED 和激光二极管 光束不间断地发射 或者改变脉冲宽度 接收器有 光电二极管或光电三极管组成 在接收器的前面 装有光学元件如透镜和光圈 等 在其后面是检测电路 它能滤出有效信号和应用该信号 此外 光电传感 器的结构元件中还有发射板和光导纤维 三角反射板是结构牢固的反射装置 它由很小的三角锥体反射材料组成 能够使光束准确地从反射板中返回 具有实用意义 它可以在与光轴0到25的范 围改变发射角 使光束几乎是从一根发射线 经过反射后 还是从这根反射线 返回 光纤 又称光导纤维LWL 它扩大了光电传感器的使用范围 形成了 特殊的嵌装式收发装置 它可以在特殊的环境中使用 检测微小的物体 它在 非常高的外界温度中 在结构受限制的环境里 都可以获得满意的答案 2 2 3 光电式传感器分类和工作方式 1 槽开光电开关 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电 发光器能发出红外光或可见光 在无阻情况下光接收器能收到光 但当被检测 物体从槽中通过时 光被遮挡 光电开关便动作 输出一个开关控制信号 切 断或接通负载电流 从而完成一次控制动作 槽形开关的检测距离因为受整体 结构的限制一般只有几厘米 2 对射式光电开光 若把发光器和收光器分离开 就可使检测距离加大 由一个发光器和一个 收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光 简称对射式光电开关 它 的检测距离可达几米乃至几十米 使用时把发光器和收光器分别装在检测物通 过路径的两侧 检测物通过时阻挡光路 收光器就动作输出一个开关控制信号 3 反光板反射式光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内 在它的前方装一块反光板 利用反 5 射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式 或反射镜反射式 光电开关 正常情况下 发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到 一旦光路被检 测物挡住 收光器收不到光时 光电开关就动作 输出一个开关控制信号 4 扩散反射式光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器 但前方没有反光板 正常 情况下发光器发出的光收光器是收不到的 当检测物通过时挡住了光 并把光 部分反射回来 收光器就收到光信号 输出一个开关控制信号 5 光纤式光电开关 把发光器发出的光用光纤引导到检测点 再把检测到的光信号用光纤引导 到光接收器就组成光纤式光电 2 3 系统总体方案设计 对于大型场所进出人数自动统计系统来说 由于该类场所存在多处出入口 因此每个出入口都需要放置能够进行人数检测的分机装置 各分机装置将各自 人数计数情况可上报总机进行综合处理 因此该系统总体设计如图 2 2 所示 总体系统主要由光电传感器 无线收发模块 单片机系统 串口传输通道和 PC 机 VB 显示界面组成 该系统通过一对光电传感器进行数据的采集 即识别人 员的进出 传感器输出信号经单片机子系统处理后与子系统的相关信息一起编 码成数据包 通过无线模块发送至主单片机 在主模块中数据包被解码得到由 子模块编号和进出信息构成的数据 主单片机经串口将此数据传送给 PC 主机 在软件中通过一定算法将从此数据中得到子模块编号和人员进出信息 从而实 现整个大型场所的人数计数 6 图 2 2 系统总体设计框图 2 4 主要器件选择 2 4 1 光电传感器选择 本系统中传感器选用了红外线光电开关中的漫反射式光电开关 它是一种 集发射器和接收器于一体的传感器 当有被检测物体经过时 物体将光电开关发射 器发射的足够量的光线反射到接收器 使光电开关就产生开关信号 由于该产品种类繁多 考虑到作用距离等因素 本设计中漫反射式光电开 关选择的是武汉博荣威生产的 BS 180 该传感器技术参数如下 1 专门双级滤波设计 有效消除变频器等干扰源产生的谐波干扰 2 红外光调制发射 解调接收 有效防止杂散光干扰 可在强阳光及强日光灯下 正常可靠工作 3 电源反接保护 负载过流 200mA 及短路保护 大大提高安全性能 4 空载电流 小于 40mA 电位器阻值为 0 时 最大空载电流 5 发散角度 小于 10 度 6 电源电压 10 30VDC 7 检测距离 12 米 漫反射 电位器可调 7 2 4 2 系统 CPU 选择 单片机是把 CPU 内存及 I O 压缩在同一块芯片上 再外加一些电子元件 便可以构成一套简易的控制系统 如此一来可以降低硬件成本 由于单片机芯 片设计及制造技术的限制 在面积有限的芯片上无法设计出太大的内存空间 因此单片机上 ROM 及 RAM 的容量都比较小 不过却也加入了位输入输出控制 计时计数器及外部中断的控制功能 有些单片机还有串行传输的接口 甚至还 提供 AD 模拟至数字转换 及 D A 数字至模拟转换 的接口 真可谓麻雀虽小五 脏俱全 8051 是 INTEL 公司开发出来的一块相当成功的单片机 现在已普遍地应 用在工业界中 由于其使用的普及 因此目前有好几家设计半导体芯片的公司 也制造与 8051 兼容的单片机 有些公司所制造出来的单片机其执行速度更快 可以高达 40MHz Atmel 公司的 AT89C51RBZ 单片机是 8051 的兼容机 是一种低功耗 高 性能的 8 位 CMOS 单片机 片内含有 16KBFlashROM 1280 字节 RAM 8 位 数据总线 4 个串行工 O 端口 32 条工 O 线 3 个 16 位定时 计数器 9 个中 断源 片内振荡器和时钟电路 工作频率 40MHz 工作电压范围为 2 7 5 5 V 实际使用 5V 供电 其主要特性为 1 高速构架 具有多种工作频率 2 具有 SIP In system Programming 串行在线下载擦写功能 可直接在电路 板上进行程序修改 烧录等操作 3 具有一片 IO24ByteS 的扩展 RAM XRAM 4 具有键盘中断接口 P1 5 主从模式的同步串行 SPI Serial Peripheral Interface 接口 6 8bit 的时钟预换算装置 7 改进的 X2 模式 可以独立选择 CUP 和每个外设 8 可编程的 5 通道计数阵列 9 异步 RESET 端口 10 全双工增强型通用串行接口 UART 11 UART 专用的波特率发生器 2 4 3 无线收发模块选择 由于无线收发芯片的种类很多 如表 2 1 所示 表 2 1 无线收发芯片 8 如何在设计中选择所需要的芯片非常关键 正确的选择可以使开发工作少 走弯路 以下几点是在选择芯片时注意的问题 1 收发芯片数据传输的编码方式 采用曼彻斯特编码的芯片 在编程上会需要较高的技巧和经验 需要更多 的内存和程序容量 并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率 一般仅能达 到标称速率的 1 3 而采用串口传输的芯片 如 Nordic 公司 RnF2401 系列的芯 片 因为串口的编程相对简单 应用及编程非常简单 并且传送的效率很高 标称速率就是实际速率 2 外围元件数量 芯片外围元件的数量决定了模块的体积和重量 以及整个系统的复杂性 因此应该选择外围元件少的收发芯片 这方面 RnF2401 是一个较为理想的选择 外围元件仅需 2 个 无需声表面滤波器 变容管等昂贵的元件 只需一个晶振 和一个电阻即可设计射频电路 9 3 功耗 由于无线收发芯片是应用在一些移动的产品上 因此功耗非常重要 应该 根据需要选择综合功耗较小的模块 4 发射功率 在同等条件下 为了保证有效和可靠的通信 应该选用发射功率较高的产 品 5 收发芯片的封装和管脚数 较少的引脚以及较小的封装 有利于减少 PCB 的面积 适合测控系统的设 计 考虑各种因素 本系统中无线收发模块选用 nRF2401 芯片 nRF2401 是单 片射频收发芯片 工作于 2 4 2 5GHz ISM 频段 芯片内置频率合成器 功率放 大器 晶体振荡器和调制器等功能模块 输出功率和通信频道可通过程序进行配 置 芯片能耗非常低 节能设计更方便 nRF2401 使用同一天线 同时接收两 个不同频道的数据 nRF2401 通过 Shock Burst TM 收发模式进行无线数据发送 收发可靠 其外形尺寸小 需要的外围元器件也较少 2 4 4 电源芯片选择 作为整个系统的电源 选用LMI117 它只需2个外围电阻 便可提供 1 25V 13 5V 并且它可以提供5个固定电压1 5V 2 5V 2 85V 3 3V和 5V LM1117是一个低压差电压调节器系列 其压差在1 2V输出 负载电流为 800mA时为1 2V 它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列 LM1117有可调电压的版本 通过2个外部电阻可实现1 25 13 8V输出电压范围 另外还有5个固定电压输出 1 8V 2 5V 2 85V 3 3V和5V 的型号 LM1117提供电流限制和热保护 电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以 确保输出电压的精度在 1 以内 LM1117系列具有LLP TO 263 SOT 223 TO 220和TO 252 D PAK封装 输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善 瞬态响应和稳定性 特性如下 1 提供1 8V 2 5V 2 85V 3 3V 5V和可调电压的型号 2 节省空间的SOT 223和LLP封装 3 电流限制和热保护功能 4 输出电流可达800mA 5 线性调整率 0 2 Max 10 6 负载调整率 0 4 Max 7 温度范围 LM1117 0 125 LM1117I 40 125 在给单片机的复位信号 选用 MAX708 MAX708 微处理器监控电路减少 P 系统中为控制电压供给和电池功能所需要组件的复杂性和数目 这些设备 和独立的 ICs 或离散组件相比可显著增强系统的可靠性和准确性 MAX708 用 一个有效高电平来代替看门狗定时器 当供给电压低于 4 4V 时 MAX708 产生 一个复位脉冲 复位脉宽 200ms 11 第三章 系统硬件电路设计 3 1 系统硬件电路总体设计 系统总体硬件电路如图 3 1 所示 主要包括了光电传感器电路 单片机电 路 无线收发模块 串口通信以及电源电路 图 3 1 系统硬件电路图 3 2 系统各部分硬件电路设计 3 2 1 单片机电路设计 单片机 AT89C51RBZ 的设计主要包括电源 晶振和指示灯 3 部分 具体如 图 3 2 所示 AT89C51RBZ 的电源由 MAX708 提供 MAX708 给 AT89C51RBZ 提供复位信号 减少微处理器系统中为控制电压供给和电池功能所需要组件的 复杂性和数目 它和独立的 CIS 或离散组件相比可显著增强系统的可靠性和准 确性 MAX708 用一个有效高电平来代替看门狗定时器 当供给电压低于 4 4V 时 MAX708 产生一个复位脉冲 复位脉宽 200ms 3 个发光二极管是为了指 示工作状态 通过程序设置 可使系统不同的状态 不同的指示灯亮 便于调 解 12 图 3 2 单片机控制部分电路 3 2 2 nRF2401 电路设计 无线收发模块 nRF2401 的引脚排列如图 3 3 顶视图 所示 它采用 5mmx5mm 的 24 引脚 QNF 封装 图 3 3 nRF2401 引脚排列图 nRF2401 的主要特点如下 1 采用全球开放的 2 4HGz 频段 有 125 个频道 可满足多频及跳频需要 13 2 速率 1MbpS 高于蓝牙 且具有高数据吞吐量 3 外围元件极少 只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路 4 发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置 5 电源电压范围为 1 9 3 6V 功耗很低 6 电流消耗很小 5dBm 输出功率时的典型峰值电流为 10 5mA 7 芯片内部设置有专门的稳压电路 因此使用任何电源 包括 DC DC 开关 电源 均有很好的通信效果 8 每个芯片均可以通过软件设置最多 40bit 地址 而且只有收到本机地址 时才会输出数据 提供一个中断指示 同时编程也很方便 9 内置 CRC 校验硬件电路和协议 10 采用 DuoCeiverTM 技术可同时接收两个 nRF2401 的数据 11 采用 ShockBurstTM 模式时 能适用极低的功率操作和不严格的 MUC 执行 12 无需外部 ASW 滤波器 13 可 100 RF 检验 14 带有数据时隙和数据时钟恢复功能 nRF2401 的内部结构原理及外部组成框图如图 3 4 所示 图 3 4 nRF2401 内部结构原理 nRF2401 的管脚功能如表 3 1 所示 表 3 1 nRF2401 的管脚功能 14 nRF2401 的一些管脚具体功能如下 PWR UP 为上电端 CE 为工作状态使 能端 CS 为片选端 控制器通过对 nRF2401 的 PWR UP CE 和 CS 管脚状态 组合设置 控制 nRF2401 的主工作方式 当状态组合为 1 1 0 1 0 l 或 1 0 0 时 芯片分别处于激活 配置或保持方式 当 PWR UP 置 0 时 芯片 处于掉电状态 CLK1 CLK2 为通道 1 2 时钟信号端 由控制器提供 在突 发模式下 在时钟信号的下降沿从 nRF2401 的 DATA 管脚读出数据 DATA DOUT 为通道 1 2 数据端 控制器与 nRF2401 由 CLK DR 和 DATA 组成的三线接口交换传输的数据 通道 1 可接收和发送数据 通道 2 只能接收 数据 nRF2401共有4种工作模式 为了实现系统的低功耗设计 需要将nRF2401 切换到不同的工作模式 下面具体介绍一下nRF2401的四种工作模式 掉电模 式 PowerDown Mode 待机模式 StandBy Mode 配置模式 Configuration Mode 工作模式 Active Mode 对于nRF2401的工作模式的选择是通过PWR UP CE CS来进行配置的 如表3 2所示 表3 2 nRF2401工作模式选择 掉电模式 低功耗模式下 nRF2401被禁止 具有最小的电流消耗 典型 的电流值小于1 uA 待机模式 保持模式下配置字的内容被保存 同时 功耗降低至平均的电流消耗 消耗电流取决于晶体的频率 配置模式 配置模 式配置了nR F2401的工作状态 nRF2401有一个配置寄存器 配置内容可以达 到15 Byte 对nRF2401工作状态的配置是通过一个三线SPI接口来完成的 工作模式 nRF2401有两种通信模式 直接模式 Direct Mode 和突发模式 Shock Burst TM Mode 直接模式的使用与其它传统射频收发器的工作一样 需要通 过软件在发送端添加校验码和地址码 在接收端判断是否为本机地址并检查数 据是否传输正确 突发模式使用芯片内部的先入先出堆栈区 数据 15 可从低速微控制器送入 高速 1 Mb s 发射出去 地址和校验码硬件自动添加 和去除 这种模式的优点是 可使用低速微控制器控制芯片工作 减小功 耗 射频信号高速发射 抗干扰性强 减小整个系统的平均电流 因此 使用nRF2401芯片特有的Shock Burst TM Mode使得系统整体的性能和效率提高 无线收发模块 nRF2401 及其外围电路如图 3 5 所示 图 3 5 nRF2401 硬件电路设计 3 2 3 串口通信电路设计 串口通信电路采用的是 MAX3232 芯片 MAX3232 是 MAXIM 公司的一种 RS 232C 接口芯片 单一电源供电 电压值从十 3 0V 5 5V 均可正常工作 它 完成 TTL 与 RS 232C 两种电平之间的转换 各引脚功能如下 C1 C1 电压倍增充电泵电容正端和负端 CZ CZ 反向充电泵电容正端和负端 V V 充电泵产生的 5 5V 和 5 5V 电压 R1IN RZIN RS 232C 接收器输入 TIOUT 长 OUT RS 232C 发送器输出 T1IN TZIN TTL 发送器输入 R10UT RZOUT TTL 接收器输出 VCC 电源电压 3 0V 5 5V GND 接地 16 MAX3232 内部有一对调整充电泵 电源电压在 3 0V 5 5V 之间均可正常工 作 由增压充电泵产生 5 5V 电压 反向充电泵产生 5 5V 的输出电压 充电泵 以非连续方式工作 如输出电压低于 5 5V 则充电泵开始工作 输出电压高于 5 5V 充电泵停止工作 其典型连接图如图 3 6 所示 图 3 6 MAX3232 芯片连接示意图 3 2 4 电源电路设计 系统的电源由外部电源 集成稳压器 LM1117 和一些外围元件组成 元件 见表 3 3 表 3 3 电源电路所需元件 其电路如图 3 7 这部分的设计主要根据前面几部分各个芯片的电源要求 借鉴 LM1117 的参考设计完成的 输出 3 3 V 一般 LM1117 不需要外接电容 这里考虑到输入端的连线可能超过 15 厘米 故采用了 2 个电容 这样可以改变 瞬态响应 C2 C4 和 C23 用来储能和滤波 17 图 3 7 系统电源设计 18 第四章 系统软件设计 4 1 系统软件总体设计 软件是本系统的重要组成部分 主要包括发送子模块程序 接收主模块程 序 子模块程序及主模块程序的开发主要是在 VW 伟福汇编器 和 Keil uVision2 两种汇编器下完成的 如图 4 1 所示 图 4 1 软件总体设计框图 4 2 系统主模块程序设计 图 4 2 为主模块程序框图 其中函数 Inituart 用于串口初始化 RXEN HIGH 配置 nRF2401 芯片于接收状态 ReceiveShock 接收数据 将数据处理 后通过串口发送给 PC 机 在主模块单片机 nRF2401 芯片 无线收发模块 和串 口完成初始化之后 nRF2401 芯片使能并设置为接收状态 然后进入接收数据 的循环 当 DR1 为 1 时 表示有数据需要接收 在接收完成后 将接收到的数 据包解码 提取出 子模块编号 和 进出信息 两个数据 通过公式 xx 2 编号 进出信息 得到数据 xx 然后将 xx 通过串口发送到 PC 机 19 图 4 2 主模块程序流程图 4 3 系统子模块程序设计 子模块程序的功能是根据子模块单片机接收到的传感器信号监测是否有人 经过 然后将信息以数据包的形式发送给主模块 数据包由 14 位数据组成 前 4 位表示主模块地址 第 5 位为子模块编号 第 6 位为人进或出的标志 其 余 8 位未定义 子模块性能参数包括 1 灵敏度 每当有一个人经过时 都能监测到 并 立刻将信息发送给主模块 2 准确度 每当有一个人经过时 都能正确识别是 走进场所还是走出场所 图 4 3 为子模块的程序框图 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 接收传感器监测到的信号 与 P0 0 P0 1 连接的两个传感器监视一个出口 与 P0 2 P0 3 连接的两个传感器监视另外一个门 若 P0 0 或 P0 2 先监测到信号 表示有人进入场所 相反 若 P0 1 或 P0 3 先监测到信号 表示有人走出场所 20 图 4 3 子模块流程图 从框图中可以看到 当单片机和 nRF2401 芯片完成一系列初始化工作之后 就进入检查 P0 0 P0 3 有无传感器信号输入的循环 进入循环体后 定义两个 数组 a 2 b 2 分别表示两个出入口的两个传感器有无人通过 两个无符号字符 型数据 point1 point2 表示两个门是否有人进出 初始将 point1 point2 置零 然后依次检查 P0 0 P0 3 口是否有传感器信号 若有 则完成相应的工作后进 入下一步 最后 依次检查 point1 point2 是否为 0 若不为 0 则向主模块发 送数据包 数据包第 5 个数据为模块编号 第 6 个数据为 a 0 或 b 0 由流程 可知 当查询时 P0 0 无信号而 P0 1 有信号 则 a 0 0 且 point1 1 而当 P0 0 21 有信号时不管 P0 1 有无信号 则 a 0 1 且 point1 0 事实上 由于两个传感 器安装距离与人体厚度相比非常小 因此这样的逻辑判断足以确定人员的进或 出 同理可分析另一个出入口 P0 2 和 P0 3 两个传感器的关系 于是当得出 a 0 0 b 0 0 时人出 而 a 0 1 b 0 1 时人进 22 第五章 系统仿真和调试 5 1 伟福仿真系统调试 伟福仿真系统是由伟福仿真器 仿真头和数据线等组成 具有强大的逻辑 分析和程序跟踪功能 这次使用的是e6000L仿真器和PODH8X5X仿真头 与其 它仿真器相比有自己的优点 它有丰富的窗口显示方式 多方位 动态地展示 仿真的各种过程 使用极为便利 具有双工作模式 软件模拟仿真 不用仿真 器也能模拟运行用户程序 和硬件仿真 它集成了编辑器 编译器 调试器 源程序编辑 编译 下载 调试全部可以在一个环境下完成外设管理 可以在 调试程序时 观察到端口 定时器 串行口中断 外部中断相关的寄存器的状 态 更可以完成这些外设的初始化程序 逻辑分析仪由交互式软件菜单窗口对 系统硬件的逻辑或进序进行同步实时采样 并实时在线调试分析 采集深度 32K 最高时基采样频率达20M 可以精确的实时反映程序运行各个时刻的数据 变化 系统在使用逻辑分析仪时 除普通的单步运行 键盘断点运行 全速硬 件断点运行外 还可实现各种条件组合断点如 数据 地址 外部控制信号 CPU 内部控制信号 程序区间断点等 伟福仿真系统已内嵌汇编编译器 伟福 汇编器 不用再加装其它汇编器 其运行步骤如下 1 打开WAVE软件 导入已编好的程序 2 建立新的项目 3 设置仿真器 选择仿真器类型e6000L和仿真头PODH8X5X以及所要仿 真的单片机89C51R 4 编译程序 编译时 程序出现多处错误 系统提示多个变量未定义 更改变量名后 问题依然存在 仔细检查后发现是结尾没有写END 添加后 问题解决 5 调试程序 单步跟踪调试程序 检查程序是否能够实现预期功能 5 2 硬件系统调试 硬件系统调试主要包括了无线收发模块 nRF2401 调试 单片机调试等 1 单片机调试 单片机硬件调试主要为外围器件的调试与测试 包括了其周边电阻 电容 23 的焊接 晶振连接以及硬件复位电路的调试等环节 2 无线收发模块 nRF2401 调试 1 乱码的解决方法 解决这类问题时一般需要注意以下 3 点 a 检查试验方法是否合理 包括传输速度 传输条件 b 系统的电源不要用开关电源 c 在检查时 手不要接触高频部分 即芯片和外围元件 2 nRF2401 的简单测试过程 发送一方 固定为发射方式 TXNE 为高 PWR 为高 通过单片机一直向 nRF2401 发送数据 接收一方 固定为接收方式 TENX 为低 PWR 为高 通过计算机监视收 到的数据 3 控制无信号发送时的噪声 无信号发送时有噪声是正常的 可以通过通信协议解决 在正式发送数据 之前 可以先发几个字节的报头 后面接着正式数据 接收端收到报头后开始 接收数据 24 结 论 采用红外光电传感器制作的某大型场所进出人数自动计数系统 利用单片 机 AT89C51 实现主控 nRF2401 实现无线数据传输 该方案具有成本低 开发 方便 应用广泛 可方便的用于条码扫描 无线抄表等功能 该方案可用于点 对点的通信 进行适当的改进后可进行点对多点的通信 实现组网 十分方便 灵活 具有很强的实用价值和较好的应用前景 25 参考文献 1 朱兆能 李志 王同联 智能矿井乘罐人数计数器在张双楼煤矿的应用 J 煤炭 科技 2007 年 2 期 2 王喆君 陈抱雪 基于光纤列阵薄膜传感的客流计数系统研究 J 光子学报 2009 年 9 期 3 高激秋 用 PC 机实现自动计数系统 J 电大理工 2008 年 2 期 4 黄伟锋 程建兴 智能报数电子计数系统的研制 J 仲恺农业技术学院学报 2008 年 1 期 5 张煜 葛海波 基于 NRF2401 的跳频无线传输系统的实现 J 西安邮电学院 学报 2009 年 5 期 6 侯天星 王凤新 基于nRF2401的无线数据传输系统 J 中国农学通报 2009年7期 7 王文虎 任艳惠 基于 nRF2401 的公交车辆运营监控系统设计 J 湖南文理学 院学报 自然科学版 2008 年 2 期 8 宋向荣 韩克敏 基于 MCS 单片机与 PC 机串行通信电平转换 J 电子测量 技术 2001 年 4 期 9 杨燕 邢洁 各种光电传感器的不同应用方式 J 可编程控制器与工厂自动化 PLC FA 2009 年 6 期 10 张先富 苏丽秋 智能光电传感器的原理与应用 J 磁性材料及器件 2009年2期 11 张江梅 王姮 基于单片机和光电检测技术的机器人行为控制系统 J 机床 与液压 2008 年 12 期 12 郑君刚 吴成东 基于 nRF2401 智能无线火灾监控系统设计 J 电子产品世 界 2009 年 3 期 13 胡玉贵 殷奎喜 基于 2 4GHz 模块的 AODV 路由协议的实现 J 金陵科 技学院学报 2009 年 1 期 14 施海燕 基于 AT89C51 单片机的多路开关量无线遥控电路设计 J 科技创新 导报 2009 年 25 期 15 董晓丹 Windows 下实现 PC 机与单片机 AT89C51 的串行通信 J 大众科技 2009 年 9 期 16 蔡春丽 孙棣华 公交客流MDAS 的设计与实现 J 自动化与仪表 2009 年1 期 17 李苗 刘卫宁 视频监视技术在公交车自动乘客计数中的应用 J 西华大学 学报 自然科学版 2006 年 4 期 26 致 谢 衷心地感谢在学习上给予我极大帮助的王芳老师 王芳老师作为我的导师 他严谨细致的治学态度 忘我的工作精神和平易近人的作风都给我以深刻的影 响 我的每一点进步都离不开他的帮助 在整个设计过程中 每当我遇到困难 的时候 王芳老师总是第一时间给予我及时耐心的指导 在此表示感谢 同时 在设计过程中 还得到同学的耐心帮助 遇到难题时 通过我们的 共同探讨 最终解决难题 在此表示感谢 最后 对所有关心和帮助过我的老师 同学表示感谢 27 附 录 程序清单 主程序 ORG 0000H AJMP MAIN1 ORG 0003H AJMP TIE 中断 INT0 ORG 000BH AJMP IV0 定时 T0 中断 ORG 001BH AJMP IV1 定时 T1 中断 ORG 002BH AJMP IV2 定时 T2 中断 ORG 0030H MAIN1 MOV TMOD 11H T0 T1 设置 MOV T2MOD 00H MOV T2CON 00H T2 设置 MOV RCAP2H 3CH MOV RCAP2L 0B0H MOV TH1 0E4H 设初值 MOV 50H 0E4H MOV TL1 0A8H MOV 51H 0A8H MOV 52H 0CDH MOV 53H 38H MOV TH0 0B5H MOV TL0 0FFH SETB TR2 开 T2 SETB TR1 开 T1 SETB TR0 开 T0 SETB EA 开总中断 SETB ET2 开中断 SETB ET1 SETB ET0 CLR IT0 INT0 下降沿中断 SETB EX0 开中断 SETB P1 6 CLR P1 5 CLR P1 7 CLR P1 4 28 MOV R3 02H MOV R4 02H MOV R5 88H MOV R6 02H MOV R7 00H CLR P1 2 CLR P1 0 SETB P1 1 ACALL DAY10 MAIN CJNE R7 01H MAA ACALL ZHUA1 MAA MOV P0 0FFH MOV C P0 3 JC MAIN MOV C P0 0 JC ZUO111 MOV C P0 6 JC YOU111 MOV C P0 1 JC ZUO112 MOV C P0 5 JC YOU112 MOV C P0 4 JC ZUO113 MOV C P0 2 JC YOU113 AJMP MAIN YOU111 AJMP YOU11 ZUO111 AJMP ZUO11 YOU112 AJMP YOU12 ZUO112 AJMP ZUO12 YOU113 AJMP YOU13 ZUO113 AJMP ZUO13 IV2 PUSH PSW DJNZ R5 JI MOV 50H 0D5H MOV 51H 08H MOV 52H 0DCH MOV 53H 0D8H DJNZ R6 JI 29 JI2 MOV 50H 0D5H MOV 51H 08H MOV 52H 0DCH MOV 53H 0D8H CLR TF2 MOV R5 0FFH POP PSW SETB P1 6 CLR TR2 MOV R7 01H RETI JI CLR TF2 POP PSW RETI IV1 PUSH PSW DJNZ R3 KAI CLR P1 5 MOV TH1 50H MOV TL1 51H MOV R3 02H POP PSW RETI KAI SETB P1 5 MOV TH1 52H MOV TL1 53H POP PSW RETI IV0 PUSH PSW DJNZ R4 DUO CLR P1 4 MOV TH0 0B5H MOV TL0 0FFH MOV R4 02H POP PSW RETI DUO SETB P1 4 MOV TH0 63H MOV TL0 64H POP PSW RETI 30 ZHONG1 MOV 63H 05H MOV 64H 0CDH AJMP MAIN YOU11 MOV A 60H CJNE A 01H KK1 AJMP MAIN KK1 MOV 63H 0FBH MOV 64H 84H MOV 60H 01H AJMP MAIN ZUO11 MOV A 60H CJNE A 02H KK2 AJMP MAIN KK2 MOV 63H 0F8H MOV 64H 0F4H MOV 60H 02H AJMP MAIN YOU12 MOV A 60H CJNE A 03H KK3 AJMP MAIN KK3 MOV 63H 0FBH MOV 64H 32H MOV 60H 03H AJMP MAIN ZUO12 MOV A 60H CJNE A 04H KK4 AJMP MAIN KK4 MOV 63H 0F9H MOV 64H 46H MOV 60H 04H AJMP MAIN YOU13 MOV A 60H CJNE A 05H KK5 AJMP MAIN KK5 MOV 63H 0F9H MOV 64H 0EAH MOV 60H 05H AJMP MAIN 31 ZUO13 MOV A 60H CJNE A 09H KK6 AJMP MAIN KK6 MOV 63H 0FAH MOV 64H 8EH MOV 60H 06H AJMP MAIN HUITOU ACALL ZHONG11 ACALL JIA2 P3P ACALL ZUO CLR P1 0 SETB P1 1 P1P ACALL TUI MOV P0 0FFH MOV A P0 ANL A 7FH CJNE A 00H PP1 AJMP P1P PP1 CLR P1 6 ACALL YOU CLR P1 1 SETB P1 0 P2P ACALL JIA1 MOV P0 0FFH MOV A P0 ANL A 7FH CJNE A 00H PP2 AJMP P2P PP2 CLR P1 6 CLR P1 0 SETB P1 1 MOV P0 0FFH MOV A P0 ANL A 7FH CJNE A 00H V1 AJMP P3P V1 SETB P1 6 MOV 50H 0D8H MOV 51H 0F0H 32 MOV 52H 0D8H MOV 53H 0F0H CLR TF2 MOV R5 0B5H POP A POP PSW MOV R2 30H MOV R1 31H MOV R0 32H MOV P0 33H RETI TUI MOV R2 01H SETB P1 6 TUI1 SETB P1 7 CLR P1 5 A