人群流量统计器.doc

公共建筑内人群流量统计器设计 人群流量统计器人群流量统计器 目目 录录 摘摘 要要 I I AbstractAbstract IIII 1 1 引言引言 1 1 2 2 本课题研究任务与设计指标本课题研究任务与设计指标 1 1 3 3 方案确定方案确定 2 2 3 1 设计思路 2 3 2 控制面板 3 4 4 主要元器件的选择主要元器件的选择 3 3 4 1 AT89C51 芯片 3 4 1 1 AT89C51 概述 3 4 1 2 AT89C51 主要性能参数和功能特性描述 4 4 1 3 AT89C51 引脚描述 6 4 2 显示器件 9 4 3 对射式光电开关 9 4 3 防盗传感器件 10 4 4 通讯器件 11 4 5 存储器 12 5 5 系统硬件 软件设计介绍系统硬件 软件设计介绍 1414 5 1 手动键盘模块 14 公共建筑内人群流量统计器设计 5 2 显示模块 16 5 3 计数功能模块 17 5 4 防盗报警模块 19 5 5 通讯模块 20 5 6 存储模块 23 5 7 电源模块 24 5 8 系统的程序框图 25 6 6 ProteusProteus 介绍以及我的使用心得介绍以及我的使用心得 2626 6 1 Proteus 的介绍及应用范围 26 6 2 我的使用心得 26 结束语结束语 2828 致致 谢谢 2929 参考文献参考文献 3030 附录一附录一 3131 附录二附录二 4040 附录三附录三 4141 公共建筑内人群流量统计器设计 公共建筑内人群流量统计器设计 I 公共建筑内人群流量统计器设计公共建筑内人群流量统计器设计 摘摘 要要 随着信息科学技术的飞速发展和人民生活水平的提高 社会生活中的自动控制 监控类产品层出不穷 它们极大的改善了人们的生活 给人们带来了难以想象的便 宜 毫无疑问 它们也同时给各大产品开发商家带来了巨大的经济回报 诸多因素 促成了信息技术在自动控制领域中深刻变革 并逐渐形成了自动化领域的开放互联 通信网络 形成了网络化 集成化的控制系统 我认为网络在控制领域中的应用将 是一个大趋势 它将在集中控制领域中大有作为 这个设计就是基于这种趋势 设 计的一个能自动统计公共建筑内人群流量的统计器 再网络化 统一集中控制多个 场所 它拥有有人群流量计数功能和防盗功能 方便公共场所的管理 节省人力 增加效益 关键词 微控制器 红外 I2C 总线 RS232 通讯 PROTUES 防真 公共建筑内人群流量统计器设计 II Public buildings within the crowd flow statistics Design AbstractAbstract As the information of the rapid scientific and technological development and the people s standard of living improves social life the automatic Monitoring endless products which greatly improve the people s life and brings an unimaginable cheaper There is no doubt that they have given businesses major product development has brought great economic returns Many factors contribute to the control of information technology in the field of profound change and gradually evolved into an open field of automation Internet communications network forming a network integration of the control system I think the networks in control of the area will be a major trend it will focus on accomplishments in the field of control The design is based on this trend and designed an automated statistics public buildings within the crowd flow on the statistics another network a unified and concentrated control of a number of places It has several crowd flowmeter function and anti theft function to facilitate the management of public places the savings in manpower and increasing efficiency KEY WORDS Microcontrollers IR I2C Bus RS232 communications PROTUES defense really 公共建筑内人群流量统计器设计 1 1 引言 随着信息科学技术的飞速发展导致了自动控制领域的深刻变革 并逐渐形成了 自动化领域的开放互联通信网络 形成了网络化 集成化的控制系统 这个项目就 是基于趋势 设计的一个能自动统计公共建筑内人群流量的统计器 再网络化 统 一集中控制多个场所 另外晚上起到防盗的功能 信息技术的发展使得社会的各个领域产生了很大的变化 在人们生活中各种自 动控制 监控产品层出不穷 给人们带来了很大的方便 这个设计就是基于解决公 共场合人流量快速的统计问题而设计的自动控制 监控产品 这类产品近来年业已面市 但关于通讯的这一块至今未有产品出现 我这个设 计就是基于此而设计 这样更便于集中控制 监控 这个设计可以统计显示进入某 一空间的人流量 晚上可以起到防盗保护人们财产安全的作用 网络的日益发展给 人们带来更加人性化的服务 同时也大规模集中控制提供了手段 这已经在人们的 日常生活 工作中得到完美体现 它采用了网络化控制理念 使得许多子系统能更加便宜地集中控制 更人性化 设计用一台 PC 主机组成控制网络 可以用主控制机很容易地对各个子系统进行适时 控制和获取信息 而各个公共建筑物或小区域内集中适时控制和了解信息 综合考 虑性价比 我初步决定 1 计数采集模块采用两对红外对射式传感器来采集数据 显示模块用普通的数码管 防盗模块用人体红外感应开关来实现 数据存储用 I2C 总线技术 与 PC 机数据传输采用常用的 RS232C 来实现 2 本课题研究任务与设计指标 本课题研究的主要任务是了解并掌握一些基本电力电子器件的原理和使用 能 使用微控制器和一些其他器件设计出设计要求的样板电路图 然后编程 仿真 最 终开发出一个成熟的公共建筑物内人流量统计器的样板 实现预期的一些功能 本课题研究的公共建筑物内人流量统计器的功能指标有 计数功能 适时显示公共建筑物内人流量的数据 如需要知道以前时刻的人流 量情况 可以查询 防盗功能 有非法人员非法进入时 通过大型电铃报警 同时打开建筑物内部 的等光设施 通讯功能 即上面的两种功能可以通过网络手段获取状态信息和控制 公共建筑内人群流量统计器设计 2 3 方案确定 3 1 设计思路 信息技术的发展使得社会的各个领域产生了很大的变化 在人们生活中各种自 动控制 监控产品层出不穷 给人们带来了很大的方便 这个设计就是基于解决公 共场合人流量快速的统计问题而设计的自动控制 监控产品 这个设计可以统计显示进入某一空间的人流量 晚上可以起到防盗保护人们财 产安全的作用 网络在现代化生活中日益发达 它发展给人们带来更加人性化的服 务 同时也给大规模集中控制提供了技术手段 这已经在人们的日常生活 工作中 得到完美体现 它采用了网络化控制理念 使得许多子系统能更加便宜地集中控制 更人性化 设计用一台 PC 主机组成控制网络 可以用主控制机很容易地对各个子系统进行适时 控制和获取信息 而各个公共建筑物或小区域内集中适时控制和了解信息 综合考 虑性价比 我初步决定 1 计数采集模块采用两对红外对射式传感器来采集数据 显示模块用普通的数码管 防盗模块用人体红外感应开关来实现 数据存储用 I2C 总线技术 与 PC 机数据传输采用常用的 RS232C 来实现 PC 机上用 VB 编一个控制界面来实行控制和显示信息 图 1 是我初步构想的功能框图 易见它有计数传感 显示 防盗传感 报警 存储 手动键盘等模块组成 它们组成一个系统整体 协调操作实现了该设计的整 体功能 123456 A B C D 654321 D C B A Title Num berRevisionSize B Date 4 Jun 2007 Sheet of File C Docum ents and Settings Adm inistrator 件件 M yDesign ddbDrawn By 微控制器 显示模块 通讯模块 报警模块 手动键盘模块电源模块 计数传感模块 防盗传感模块 存储模块 图 1 功能框图 公共建筑内人群流量统计器设计 3 整体电路原理图如附录一中图 3 2 控制面板 本设计的控制面板如下图 2 有人流量显示窗口 安全状态显示窗口和按键区 三块 人流量显示窗口 最大显示 999 如超出 则红色超出提醒显示灯闪耀发出 耀眼的红光提醒 它主要是显示公共建筑物内人流量的流动情况 人流量数据可以 按时刻回显 安全状态显示窗口 又叫夜间防盗状态显示窗口 它是用来显示夜间 有外部非法人员进入建筑物时的异常情况的 正常时刻正常状态灯显示 它是白色 的状态显示灯 不醒目 只起状态显示的功能 异常时 异常状态显示灯闪耀显示 像人流量超出提醒灯一样 它是报警性质的显示灯 用红色灯 停止停止防盗防盗计数计数查询示查询示 超出提醒 公公 共共 建建 筑筑 物物 内内 人人 群群 流流 动动 统统 计计 器器 人人 流流 量量 显显 示示安安 全全 状状 态态 显显 示示 正 常异 常 图 2 控制面板图样 4 主要元器件的选择 4 1 AT89C51 芯片 4 1 1 AT89C51 概述 一个智能型电子系统应具备数据采集 处理 判断 分析和控制输出的能力 在智能化程度较高的电子系统中 还应具备预测 自诊断 自适应 子组织和自学 习控制功能 这些功能的实现是传统控制理论向纵深发展到高级阶段的产物 也是 高智能化电子系统所应具备的几个主要的功能特点 单片机是把微机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机 由于它的 公共建筑内人群流量统计器设计 4 结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的 故又叫单片控制器 single chip Microcontroller 正是由于智能型电子系统研究的对象往往具有不确定性的模型 高度的非线性和复杂的任务要求 因而以经典控制理论和简单的逻辑控制电路与模 拟电路组成的常规电子系统已难以甚至根本不可能解决复杂系统的控制问题 而以 微机 包括单片机 为核心的电子系统 可以很容易地将计算机技术与测量控制技术 结合在一起 组成新一代的所谓 智能型电子系统 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能的 CMOS 8 位单片机片内 4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128bytes 的随机存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指 令系统 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可为你提供许多高性价的应用场合 可灵活的应用于各种控制领域 4 1 2 AT89C51 主要性能参数和功能特性描述 主要性能参数 与 MCS 51 产品指令系统的全兼容 4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次可擦写周期 全静态操作 0Hz 24MHz 三级加密程序存储器 128 8 字节内部 RAM 32 个可编程 I O 口线 2 个 16 位定时 计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性描述 AT89C51 提供以下标准功能 4k 字节 Flash 闪速存储器 128 字节内部 RAM 32 个 I O 口线 两个 16 位定时 计数器 一个 5 向量中断结构 一个全双工串行通信 口 片内震荡器及时钟电路 同时 AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作 并支持 公共建筑内人群流量统计器设计 5 两种软件的可选的节电工作模式 空闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时 计 数器 串行通信口及中断系统继续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但震荡器停 止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位 AT89C51 单片机由 8 大部分组成 各部分为 一个 8 位中央处理单元 CPU 它由运算部件 控制部件构成 其中包括振 荡电路和时钟电路 其主要完成单片机的运算和控制功能 它是单片机的核心部件 决定了单片机的主要功能特性 128 字的片内数据存储器 RAM 其片外数据存储器的寻址范围为 64K 用于 存放可读写的数据等 4KB 的片内程序可重擦写 Flash 闪速存储器 其片外可寻址范围为 64K 主 要用于存放已编制的程序 18 个特殊功能寄存器 SFR 它用于控制和管理片内算数逻辑部件 并行 I O 口 定时 计数器 串行 I O 口 中断系统等特殊功能模块的工作 4 个 8 位并行输入输出 I O 口 用于并行数据的输入输出 1 个串行输入输出口 可使数据 1 位 1 位的串行传输 用于多处理机通讯 I O 扩展或全双工通用异步接收器 2 个 16 位定时 计数器 可设置为计数方式对外部事件计数 也可设为定时 方式进行定时 1 个具有 5 个中断源 可编程为 2 个优先级的中断系统 它可以接收外部中 断申请 定时 计数起中断申请和串行口中断申请 各中断的入口地址在程序空间是 固定的 不能改变 程序存储器中复位和中断源的入口地址如表 1 表 1 51 单片机复位中断入口地址 操作入口地址 复位0000H 外部中断 00003H 定时 计数器 0 溢出000BH 外部中断 10013H 定时 计数器 1 溢出001BH 串行口中断0023H 公共建筑内人群流量统计器设计 6 4 1 3 AT89C51 引脚描述 单片机 AT89C51 引脚图 3 如下 图 3 单片机 AT89C51 引脚图 各引脚说明如下 Vcc 电源电压 GND 地 P0 口 PO 口是一组 8 位漏极开路行双向 I O 口 也既地址 数据总线复用口 可作为输出口使用时 每位可吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑电路 对端口写 1 可作为高阻抗输入输入端用 在访问外部数据存储器时 这组口线分时转换地 址 低 8 位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在 Flash 编程时 PO 口接收指令字节 而在程序校验时 输出指令字节 校验时 要求接上拉电阻 P1 口 P1 口是一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输入缓冲级可驱 动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的上拉电阻 把端口拉到高电平 此时客座输出口 作输入口时 因为内部存在上拉电阻 某个 引脚被外部信号拉低时输出一个电流 I Flash 编程和程序校验期间 P1 口接收 8 位地址 P2 口 P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输入缓冲极 可以驱动 输入或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口 1 通过内部的上拉 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 GND 20 VCC 40 公共建筑内人群流量统计器设计 7 电阻把端口拉到高电平 此时和作为输出口 作输出口时 因为存在内部上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 在访问外部存储器或 1 位地址的外部 数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2 口送出高 8 位地址数据 在访问 8 位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX RI 指令 时 P2 口线的内容 也既特殊功 能寄存器 SFR 区中 R2 寄存器的内容 在整个访问期间不改变 Flash 编程或校 验时 P2 亦接收高地址和其他控制信号 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输入缓冲级 可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 1 时 它们被内 部 上拉电阻拉高并可作为输出端口 作输出端口时 被外部拉低的 P3 口将用上拉 电阻输出电流 P3 口除可作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是它的第二功能 如表 2 所示 表 2 AT89C51 P3 口第二功能 端口引脚第二功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4 T0 定时 计数器 0 P3 5 T1 定时 计数器 1 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 RST VPD 复位输出 当震荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平使机器复位 复位后片内存储器的状态如表 3 所示 P1 P3 口输出高电平 初始 值 07H 写入堆栈指针 SP 清 0 程序计数器 PC 和其余特殊功能寄存器 但始终不影 响片内 RAM 状态 只要该引脚保持高电平 89C51 将循环复位 RAT VPD 从高电平到 低电平单片机将从 0 号单元开始执行程序 另外该引脚还具有复用功能 只要将 VPD 接 5V 备用电源 一旦 Vcc 电位突然降低或断电 能保护片内 RAM 中的信息不丢 失 恢复电后能正常工作 公共建筑内人群流量统计器设计 8 表 3 AT89C51 复位后寄存器内容 寄存器内容寄存器内容 PC0000HTMOD00H ACC00HTCOM00H B00HTH000H PSW00HTLO00H SP07HTH100H0 DPTR0000HTH100H P1 P30FFHSCON00H IPxxx00000SBUF不定 IE0 xxx00000PCON0 xxx00000 ALE 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 PROG 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 即使不访问外部字节 ALE 仍时钟震荡频率 的 1 6 输出固定的正脉冲信号 因此它可对外输出时钟脉冲或用于定时目的 要注 意的是 每次访问外部存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 XTAL1 震荡器反向放大器及内部时钟的输入端 XAAL2 震荡器反向放大器的输出端 时钟震荡器 AT89C51 程序存入允许 输出的是外部程序存储器的读选通信号 PSENPSEN 当中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放 大器的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起 构成自激震荡器震荡 外接石英晶体 或陶瓷震荡器 及电容 C1 C2 接在放大器的 震荡回路中构成并联震荡电路 对外接电容 C1 C2 虽然没有非常严格的要求 但电 容的大小会轻微影响震荡频率的高低 震荡工作的稳定性 起震的难易程序及温度 稳定性 如果使用石英晶体 推荐使用 30pF 10pF 而如果使用陶瓷谐振器建议选 择 40pF 10pF 在这种情况下 外部时钟脉冲接到 XTAL1 端 既内部时钟发生器的 公共建筑内人群流量统计器设计 9 输入端 XTAL2 悬空 4 2 显示器件 显示主要有 LCD 显示和 LED 显示 液晶显示器 LCD 是一种低功耗的显示器件 在袖珍式仪表或低功耗应用系统 中有广泛的应用 液晶显示器有标准段式液晶显示器 字符点阵液晶显示器和全点 阵图形液晶显示器三种 液晶本身并不发光 而是借助自然光或外来光源显示数码 它的优点是工作电压低 耗电极省 成本低廉 在黑暗中显示需加背景光 相应刷 新速度低 LED 显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器 它比 LCD 更为大大廉价 有 7 段和 米 字段之分 这种显示器有共阴极和共阳极两种 显示器有静态显示 和动态显示两种 静态显示是使需要显示的字符的各字段连续通以电流 因而所显 示的字段连续发光 动态显示是使所需要显示的各字段断续通以电流 因而其发光 是不连续的 例如 在需要多个字符同时显示时 可以轮流给每一个字符通以电流 逐次把需要显示的字符显示出来 但因为单片机运行速度太快 人眼根本不能发现 所以 我们看着就像不变化一样 在设计中以满足设计要求为前提下 尽量减少设计经费 争取最大的经济效益 原则 因此 我在这个设计中采用了 LED 动态显示 动态显示可以节省 I O 口资源 4 3 对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器 发 射器发出的光线直接进入接收器 当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光 线时 光电开关就产生了开关信号 当检测物体是不透明时 对射式光电开关是最 可靠的检测模式 原理图如下图 4 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 19 Jun 2007Sheet of File C Program Files Design Explorer 99 SE Library Sch 件件件件 ddbDrawn By 人 人 人人 人 人 人 人 人 图 4 原理示意图 产品 3 M18 10 米 对射型光电开关 如图 5 检测距离 10 米 公共建筑内人群流量统计器设计 10 被检测物最小直径 5 毫米 指向角度 5 度 工作电压 5V 直流 工作电流 小于 10 毫安 输出驱动电流 20 毫安 温度范围 25 70 度 图 5 样品图样 这是一种应用最为广泛的光电开关 它的直径为 18 毫米 固定时只要在设备外 壳上打一个 18 毫米的园孔就能轻松固定 长度约 75 毫米 当检测到物体时 启动 开关信号 非常方便 引线长度为 100 毫米 4 3 防盗传感器件 防盗传感模块采用的是人体可释红外传感器 热释电红外传感器是一种能检测 人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器 热释电效应同压电效应类似 是指 由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象 热释电传感器是对温度敏感的传感器 它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成 在元件两个表面做成电极 在传感器监测范 围内温度有 T 的变化时 热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q 即在两电 极之间产生一微弱的电压 V 由于它的输出阻抗极高 在传感器中有一个场效应 管进行阻抗变换 热释电效应所产生的电荷 Q 会被空气中的离子所结合而消失 即当环境温度稳定不变时 T 0 则传感器无输出 当人体进入检测区 因人体温 度与环境温度有差别 产生 T 则有 T 输出 若人体进入检测区后不动 则温 公共建筑内人群流量统计器设计 11 度没有变化 传感器也没有输出了 所以这种传感器能检测人体或者动物的活动传 感 实际使用的实践证明这种器件很是灵敏 当人体或者动物一走动就会产生信号 输出 没走动时则没有信号输出 基于此特性可以制成防盗器件来使用 设计中采用普通的人体可释红外传感器 4 4 通讯器件 MAX232 一般说明 MAX232 是一种双组驱动器 接收器 片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA TIA 232 E 电平 每个接收器将 EIA TIA 232 E 电平输入转 换为 5V TTL CMOS 电平 这些接收器具有 1 3V 的典型门限值及 0 5V 的典型迟滞 而且可以接收 30V 的输入 每个驱动器将 TTL CMOS 输入电平转换为 EIA TIA 232 E 电平 所有的驱动器 接收器及电压发生器都可以在德州仪器公司的 LinASIC 元 件库中得到标准单元 MAX232 的工作温度范围为 0 至 70 MAX232I 的工作温度 范围为 40 至 85 MAX232 封装图如图 6 推荐的工作条件表如表 4 9 针 RS232 的接脚外型图图如 图 7 简单接线图如图 8 RS232C 引脚介绍图表如表 5 图 6 MAX232 的封装 图 7 9 针 RS232 的接脚外型图 公共建筑内人群流量统计器设计 12 图 8 简单接线图 表 4 推荐的工作条件表 最小典型最大单位 电源电压 Vcc4 555 5V 高电平输入电压 VIH T1IN T2IN 2V 低电平输入电压 VIL T1IN T2IN 0 8V 接收器输入电压 R1IN R2INV 工作温度 自然通风 T070 表 5 RS232C 引脚介绍表 旧制 JIS 名称新制 JIS 名称全 称说 明 FGSGFrame Ground连到机器的接地线 TXDSDTransmitted Data数据输出线 RXDRDReceived Data数据输入线 RTSRSRequest to Send要求发送数据 CTSCSClear to Send回应对方发送的 RTS 的发送许可 告诉对方可以发送 DSRDRData Set Ready告知本机在待命状态 DTRERData Terminal Ready 告知数据终端处于待命状态 CDCDCarrier Detect载波检出 用以确认是否收到 Modem 的载波 SGSGSignal Ground信号线的接地线 严格的说是信号线的零标准线 4 5 存储器 存储模块我打算使用 I2C 总线的 24 系列芯片 I2C Inter Integrated Circuit 总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线 用于连接微控制器及 其外围设备 I2C 总线最主要的优点是其简单性和有效性 由于接口直接在组件之 公共建筑内人群流量统计器设计 13 上 因此 I2C 总线占用的空间非常小 减少了电路板的空间和芯片管脚的数量 降 低了互联成本 总线的长度可高达 25 英尺 并且能够以 10Kbps 的最大传输速率支 持 40 个组件 I2C 总线的另一个优点是 它支持多主控 multimastering 其中 任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线 一个主控能够控制信号的传输 和时钟频率 当然 在任何时间点上只能有一个主控 I2C 总线是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线 可发送和接收数据 在 CPU 与被控 IC 之间 IC 与 IC 之间进行双向传送 最高传送速率 100kbps 各种被 控制电路均并联在这条总线上 但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作 所以每个电路和模块都有唯一的地址 在信息的传输过程中 I2C 总线上并接的每 一模块电路既是主控器 或被控器 又是发送器 或接收器 这取决于它所要完 成的功能 CPU 发出的控制信号分为地址码和控制量两部分 地址码用来选址 即 接通需要控制的电路 确定控制的种类 控制量决定该调整的类别 如对比度 亮 度等 及需要调整的量 这样 各控制电路虽然挂在同一条总线上 却彼此独立 互不相关 I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号 它们分别是 开始信号 结束 信号和应答信号 开始信号 SCL 为高电平时 SDA 由高电平向低电平跳变 开始传送数据 结束信号 SCL 为低电平时 SDA 由低电平向高电平跳变 结束传送数据 应答信号 接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后 向发送数据的 IC 发出特定的 低电平脉冲 表示已收到数据 CPU 向受控单元发出一个信号后 等待受控单元发 出一个应答信号 CPU 接收到应答信号后 根据实际情况作出是否继续传递信号的 判断 若未收到应答信号 由判断为受控单元出现故障 24C02B 的 DIP 封装图如图 9 管脚描述表 6 K CMOS E2PROM 内部含有 256 个 8 位字节 CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗 24C02B 有一 个 16 字节页写缓冲 该器件通过 I2C 总线接口进行操作 有一个专门的写保护 SCL 串行时钟 公共建筑内人群流量统计器设计 14 图 9 24C02B DIP 封装图 表 6 24C02B 管脚描述表 24C02B 串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟 这是一个 输入管脚 SDA 串行数据 地址 双向串行数据 地址管脚用于器件所有数据的发送或接收 SDA 是一个开漏输出 管脚 可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或 wire OR A0 A1 A2 器件地址输入端 这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址 当这些脚悬空时默认值为 0 24C02B 最大可级联 8 个器件 如果只有一个 24C02B 被总线寻址 这三个地址输入 脚 A0 A1 A2 可悬空或连接到 Vss WP 写保护 如果 WP 管脚连接到 Vcc 所有的内容都被写保护 只能读 当 WP 管脚连接到 Vss 或悬空 允许器件进行正常的读 写操作 5 系统硬件 软件设计介绍 系统由手动键盘模块 计数功能模块 显示模块 防盗报警模块 通讯模块 电源模块等模块组成 5 1 手动键盘模块 手动键盘是整个设计装置控制的重要手段之一 如图 3 分为四个按键 一 开 始按键 二 计数功能设置按键 S1 三 防盗功能设置键 S2 三 历史回现键 四 公共建筑内人群流量统计器设计 15 停止按键 S4 按下那个键调入那个功能程序区 发光二极管是防盗设置状态指示灯 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 20 Jun 2007Sheet of File D 件件件件 ddbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1AT89S52 5V S1 S2 S3 R2 5 1K R1 5 1K 5V 5V S4 R3 5 1K R4 5 1K R5 300 D1 图 7 键盘电路 键盘判断程序流程图如图 A 停止键 S4 用中断 INT1 实现 公共建筑内人群流量统计器设计 16 图 A 键盘程序流程图 N N N N N Y Y Y N Y Y N Y Y Y 初始化 开始 S1 按下 S1 确认 S1 释放 S2 按下 S2 确认 S2 释放 S3 按下 S3 确认 S3 释放 返回 计数功能 Y 防盗功能 Y 历史显示 N N N N N 公共建筑内人群流量统计器设计 17 5 2 显示模块 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 20 Jun 2007Sheet of File D 件件件件 ddbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1AT89S52 R10 300 R11 300 R12 300 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP a bf c g d e DPY LEDgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g U2 a bf c g d e DPY LEDgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g a bf c g d e DPY LEDgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 5V R18 5 1K U9 74LS04 Q5 9013 5V U8 74LS04 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 0 P1 1 P1 2 P1 6 P1 3 P1 4 P1 5 Y 12M C1 30pf C2 30pf 5V C3 10uF R8 8 2K 5V R16 5 1K CAP 1 1 RR IN 2 8 CAP 6 CAP 2 5 CAP 1 3 CAP 2 CAP 2 4 RT OUT2 7 R OUT2 9 T IN2 10 T IN1 11 R OUT1 12 RR IN 1 13 RT OUT1 14 GND 15 VCC 16 U6MAX232 C7 0 1uF C9 0 1uF C8 0 1uF C11 0 1uF 5V C10 CAP S1 S2 S3 R2 5 1K R1 5 1K 5V K1 Q4 9013 5V 5V 0 1u 47 u470u Vin 1 GND 2 Vout 3 U5 7805 T1 B2 RS232 5VQ6 9013 R9 1K U7NOT 1 2 3 4 8 7 6 5 U4AT24C02B Vcc WP SCL SD AVss A2 A1 A0 5V R6 5 1K R7 5 1K 5V S4 R3 5 1K R4 5 1K R5 300 D1 R20 5 1K R13 1K R14 1K R15 1K D2 R17 470 D4 IN4148 K2 D3 LE D R19 470 D5 IN4148 接防盗器件 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 人 U 3 C4C5C6 图 8 显示电路 从采集模块采集累积的人流量数据同步显示 是通过显示模块来实现的 显示 模块的电路图如图 8 所示 显示采用连在一起的三位共阳极数码管构成动态显示组 成 三位数码管显示数码引脚直接接 P0 口 由 P0 口输出所要显示的人流量数据 因为所要显示的是整数 不出现显示小数的情况 所以 可以把数码官的 Dp 引脚不 接在 P0 7 上 P2 口的 P2 0 P2 1 P2 2 提供片选 输出显示段码 而三个三极管 9012 只起开关的开通 关闭作用 设计的显示为人们正常的读数习惯 即 最高不能是 0 除非是三位都是 0 时 只显示个位一个 0 限留电阻取 300 左右的电阻 而 9012 的基极可 采用 1K 的电阻 三位数码管显示子程序流程图如图 B 显示规则 如果数据缓冲区内三位数据是 X Y Z 则显示 X Y Z 如果数据缓冲区内三位数据是 0 Y Z 则显示 Y Z 如果数据缓冲区内三位数据是 0 0 Z 则显示 Z 公共建筑内人群流量统计器设计 18 Y N Y N 进入显示子程 序 百位是 0 吗 显示百位 十位是 0 吗 显示十位 显示十位 结束 图 B 三位数码管显示子程序流程图 5 3 计数功能模块 计数功能模块由计数传感和显示两个小模块组成 通过计数传感模块采集数据 然后由显示模块显示出来 计数传感模块 也叫计数采集模块 设计计数功能的计 数显示数据的来源就是依靠它采集的累计的 在此 我采用了两个对射式光电开关 来实现 如有后门则再加两对 根据触发信号的前后来区分人员的进入还是走出 即 如前对管先有触发 后对管后有触发 则认为是人员进入 人数加 1 叫作情 况 A 反之 如后对管先有触发计 前对管后有触发 则认为是人员走出 人流量 减去 1 叫作情况 B 如图 9 发射端子有两条引出线 是电源线 接受端有三条引 出线 两条电源线 一条是开关信号 当被检测物体经过发射器和接受器之间且阻 断光线时 光电开关就产生了开关信号 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 8 Jun 2007 Sheet of File C Program Files Design Explorer 99 SE Library Sch Miscellaneous Devices ddbDrawn By VCC GND VCC GND 1发射端 2发射端 VCC GND VCC GND 1接受端 2接受端 S S A B 图 9 计数传感模块图 公共建筑内人群流量统计器设计 19 此模块中利用两对 M18 假如编号为 M18 A 和 M18 B 把它们前后装载门框或进 门的两侧墙壁上 人先触发 M18 A 后触发 M18 B 时 A 情况 人流量加 1 反之 N N N Y N N N N N N Y Y Y Y Y Y 走入 判断 对管1动作 确实1动作 1释放 调入计数子程序 1子程序 走出 判断 对管2动作 确实2动作 2释放 对管2动作 Y 确实2动作 2释放 N N Y 确实1动作 1释放 N 对管1动作 1子程序 Y 数码管显示子程序 可以加上存储子程序 图 C 判断人员 走入或走出 的判断程序流程图 人先触发 M18 B 后触发 M18 A 时 B 情况 人流量减去 1 此模块设计思想简单 公共建筑内人群流量统计器设计 20 方便 且容易实现 性能灵敏 成本低 但不足的是对重叠事物不易分辨出来 可 能当作一次前后触发 这块我采用了两对对射式光电开关 简称对管 的巧妙配合来区分人员的进出 情况 程序中必须加延时确认和释放程序 不然容易产生误判和进出一个人而显示 多个变化的情况 从流程图中我们可以容易地看出次程序由是 是否有人走入 和 是否有人 走出 两部分组成 先是判断 是否有人走入 在判断过程中加入了延时确 认程序和对管释放程序 具体是先 是否有人走入 判断 因为可能误动所以加 了一个延时 10 20ms 的延时程序 然后在判断 这就大大排除了误动的可能 在实 际调试过程中我有加了一个对管释放程序 因为没有对管释放 计数将产生跳变 这是多次重复的结果 是否有人走出 部分是同样的道理 两个对管必须按一定的科学方法配合 不然将不能区分反向性 另外 还有安 排好 是否有人走入 和 是否有人走出 两部分的前后判断顺序 先是判断 是否有人走入 部分 然后判断 是否有人走出 即是判断完了 是否 有人走入 如没有 则判断 是否有人走出 没有的话返回 是否有人 走入 循环判断 在每部分都显示程序 要中途调用 没有人员进出也必须调用 这是为 了维护数码动态显示的连续性 保留人眼的视觉暂流 使人们正常识别 5 4 防盗报警模块 防盗报警模块 在此我把防盗查询和报警两块合起来说 因为两块电路是一个 整体 且比较简单 防盗报警模块电路图如图 10 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 20 Jun 2007Sheet of File D 件件件件 ddbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1AT89S52 R18 5 1K U9 74LS04 Q5 9013 5V U8 74LS04 R16 5 1K K1 Q4 9013 5V D2 R17 470 D4 IN4148 K2 D3 LE D R19 470 D5 IN4148 公共建筑内人群流量统计器设计 21 图 10 防盗报警模块电路图 用 INT0 作为防盗传感的信号输入端 原本想用中断作 但考虑到要用键盘对两 种不同的功能要切换 所以 采用了普通程序查询方式 又因为在防盗报警的防盗 发现阶段的程序是自我查询循环 不出现异常情况就不会跳出循环 所以程序的速 动性也很高 报警模块 一旦出现异常情况 微控制器对 P2 6 P2 7 置低 进而驱动两个继 电器动作 使照明器件亮和大型电铃响起 起到报警效果 电路设计中要用非门 74LS04 它可以起到增大驱动 和 I O 口隔离的作用 74LS04 的封装图如图 11 继电器上方必须加反向的二极管 这是因为继电器工 作结束时继电器的线圈将产生很大的感应电动势 与其他 器件形成回路 将产生很大热量 对电路板和电路板上的 电子元器件伤害很大 在此例中就可能烧坏三极管 9013 加上反向的二极管 IN4148 就可以使继电器线圈和二极管 IN4148 内部形成回路 把热量消耗在继电器内部 显然起 到了电路保护作用 图 11 74LS04 继电器旁又加发光二极管是起到状态提醒作用 这主要给程序调试带来方便可 以省去 5 5 通讯模块 随着计算机系统的应用和微机网络的发展 各种控制设备之间的通信功能越来 越显得重要 本设计趋于这种趋势 更大方便公共建筑物场所管理 采用了 RS232 串行通讯 下图 12 是 PC 机与各个监控器件组成的网络示意图 通过此 PC 机模块组 建区域网络 实现对各个子系统的集中监视 控制