王經(jīng)宇

（西安秦華天然氣有限公司，陜西 西安 710075）

人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以發(fā)揮不同的作用。它可以為商場(chǎng)或零售點(diǎn)獲取商場(chǎng)內(nèi)部按不同時(shí)段分布的人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人群流動(dòng)方向等信息，有利于評(píng)估商品對(duì)于顧客的吸引力，以及評(píng)估商場(chǎng)選址是否適當(dāng)；對(duì)于大型建筑，管理者可利用人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)了解人群的行為，評(píng)估大樓提供的服務(wù)設(shè)施是否方便、足夠，如座椅、公用電話及衛(wèi)生設(shè)施等，提高建筑設(shè)施的利用率、指導(dǎo)建筑物的設(shè)計(jì)和提高某些場(chǎng)合工作人員的效率，此外還可以對(duì)大樓里的客流情況進(jìn)行監(jiān)控，以避免人群的擁塞引起的安全隱患[1]。

1 總體設(shè)計(jì)方案

針對(duì)展覽館設(shè)計(jì)了該人員登記與錄入系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制、信號(hào)采集、拍照、液晶顯示、電源這五部分組成，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。當(dāng)有人要進(jìn)入館內(nèi)時(shí)由紅外裝置采集到的信號(hào)將送入單片機(jī)中，單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制攝像機(jī)對(duì)入館的人進(jìn)行拍照，同時(shí)記錄入館時(shí)間，然后在液晶屏上顯示出在館人數(shù)。當(dāng)有人從館內(nèi)出去時(shí)，本系統(tǒng)的工作原理和入館時(shí)一致。

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能有[2]：

1）顯示在館人數(shù)；

2）對(duì)出入館的人拍照；

3）當(dāng)館內(nèi)人滿時(shí)有明顯標(biāo)志，禁止進(jìn)入；

4）記錄人們出入館的時(shí)間。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hardware structure chart

采用MSP430 系列單片機(jī)為控制芯片，信號(hào)采集電路使用紅外一體管為主要元件，拍照使用攝像頭，顯示部分用LCD12864 液晶顯示屏，電源部分使用自制的+5 V 穩(wěn)壓電源。與51 系列單片機(jī)相比，MSP430 單片機(jī)，處理能力較強(qiáng)，具有便捷的外圍電路，具有復(fù)位功能。是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，它的中斷、定時(shí)、及I/O 輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于51 系列，而且內(nèi)部集成比較放大器和多路AD，決定了它有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，所以本系統(tǒng)采用MSP430F149 單片機(jī)作為控制芯片。與壓力傳感器相比，紅外傳感器屬于非接觸式傳感器，它自身?yè)p耗比壓力傳感器小的多，具有反映速度快、使用壽命長(zhǎng)、便于維護(hù)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。所以在這個(gè)環(huán)境里我們選擇使用紅外傳感器[3]。

2 各硬件模塊電路

2.1 單片機(jī)控制模塊

MSP430 是德州公司新開(kāi)發(fā)的一類(lèi)具有16 位總線的帶FLASH 的單片機(jī)[4]，它采用16 位的總線，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址，尋址范圍可達(dá)64K，還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器.具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16 位定時(shí)器、一個(gè)14 路的12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門(mén)狗、6 路P 口、兩路USART 通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè)內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘，支持8M 的時(shí)鐘.由于為FLASH型，則可以在線對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載，且JTAG 口直接和FET 的相連，不須另外的仿真工具，方便實(shí)用，而且，可以在超低功耗模式下工作，對(duì)環(huán)境和人體的輻射小，所以本系統(tǒng)采用MSP430F149 單片機(jī)作為控制芯片。

MSP430F149 單片機(jī)控制電路如圖2 所示。

2.2 紅外感應(yīng)與通訊模塊

紅外發(fā)光二極管

紅外發(fā)光二極管是采用砷化鎵（GaAs ）和砷鋁化鎵（GaAlAs）等半導(dǎo)體材料制成的，它們的外形和普通的發(fā)光二極管基本相同，用透明的樹(shù)脂材料封裝。中、大功率的紅外發(fā)光二極管采用金屬或陶瓷材料作底座，用玻璃或樹(shù)脂透鏡作窗口。

紅外接收二極管

接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏置電壓，他才能正常工作獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號(hào)較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。

紅外遙控通訊模塊

考慮到本系統(tǒng)可能要安裝在較高地方，普通的有線按鍵就無(wú)法滿足實(shí)際要求了。因此我們選擇使用紅外遙控式按鍵控制本系統(tǒng)。

圖2 MSP430F149 單片機(jī)控制電路Fig.2 MSP430F149 MCU control circuit

紅外遙控接鍵人機(jī)交互模塊包括，硬件紅外接收三極管接收部分和單片機(jī)軟件解碼兩部分。

發(fā)射部分，是固定的頻率的波與要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)（高低電平）調(diào)制通過(guò)紅外發(fā)射管以光的形式發(fā)射出去。

接收部分，是通過(guò)紅外接收三極管將調(diào)制信號(hào)解碼還原成發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)（高低電平），在通過(guò)單片機(jī)的特定編制，從而達(dá)到多按鍵遙控控制。

2.3 波形發(fā)生模塊

555 集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555 定時(shí)器或555 時(shí)基電路[5]。它還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)，組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。我們采用555 集成電路產(chǎn)生38 kHz 的方波。

555 集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖3 所示，其中6腳稱(chēng)閾值端（TH），是上比較器的輸入；2腳稱(chēng)觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入；3腳是輸出端（Vo），它有O 和1 兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端（DIS），它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端（MR），加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端（Vc），可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。

圖3 555 集成電路管腳圖Fig.3 The 555 integrated circuit pinout

2.4 拍照模塊

本系統(tǒng)采用高清的視頻頭，他可以與PC 連接，有可視化監(jiān)控界面同時(shí)通過(guò)硬件可以對(duì)視頻頭控制。拍照時(shí)可自動(dòng)儲(chǔ)存并打印時(shí)間。

2.5 液晶顯示模塊

LCD12864 概述

帶中文字庫(kù)的LCD12864 是一種具有4 位/8 位并行、2線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8 點(diǎn)ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊[6]。

基本特性

1）低電源電壓（VDD：+3.0～+5.5 V）。

2）顯示分辨率：128×64 點(diǎn)。

3）內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8 192個(gè)16×16 點(diǎn)陣漢字（簡(jiǎn)繁體可選）。

4）內(nèi)置128個(gè)16×8 點(diǎn)陣字符。

5）2MHZ 時(shí)鐘頻率。

6）顯示方式：STN、半透、正顯。

7）驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS 。

8）視角方向：6 點(diǎn)。

9）背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED 的1/5-1/10。

10）通訊方式：串行、并口可選。

11）內(nèi)置DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓。

12）無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。

13）工作溫度：0～+55 ℃，存儲(chǔ)溫度：-20～+60 ℃。

本系統(tǒng)中LCD12864 液晶顯示電路如圖4 所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)程序流程圖如圖5 所示。

4 整機(jī)調(diào)試

4.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試結(jié)果如表1 所示。

圖4 液晶顯示電路Fig.4 Liquid crystal display circuit

圖5 程序流程圖Fig.5 Flow chart of the program

表1 硬件測(cè)試項(xiàng)目Tab.1 Hardware test programs

4.2 軟件調(diào)試

軟件調(diào)試結(jié)果如表2 所示。

表2 軟件測(cè)試項(xiàng)目Tab.2 Software test programs

5 結(jié)束語(yǔ)

文中主要介紹了以MSP430F149 單片機(jī)[7-8]為核心的展館人員登記與錄入系統(tǒng)，包括硬件部分及軟件部分，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)應(yīng)用反應(yīng)靈敏、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、效果良好。同時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)需要人員進(jìn)行登記信息的場(chǎng)合具有一定的參考價(jià)值。

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