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1、基于紅外傳感器的樓宇人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：系統(tǒng)以熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樓宇人數(shù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了樓宇人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主要的硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明：該樓宇人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，具有較高的響應(yīng)速度和精度，并且價(jià)格低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：熱釋電紅外線傳感器；MCS-51單片機(jī)；VC6．0
0 引言
隨著現(xiàn)代社會(huì)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(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)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?lái)了極大的
2、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(jì)系統(tǒng)。鑒于現(xiàn)有的各種人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的種種不足或限制，本文設(shè)計(jì)了一套實(shí)時(shí)、可行的計(jì)數(shù)設(shè)備。它以熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)，能識(shí)別人進(jìn)來(lái)(向左運(yùn)動(dòng))或者出去(向右運(yùn)動(dòng))的方向，進(jìn)而產(chǎn)生不同的通道信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的控制電路，通過(guò)單片機(jī)編程，連接計(jì)算機(jī)，就可以對(duì)樓宇人數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理
該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：通過(guò)RE200B熱釋電紅外傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境的紅外線進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。當(dāng)有人進(jìn)入傳感器的探測(cè)范圍時(shí)，傳感器將感應(yīng)到的信號(hào)傳輸給下一級(jí)的放大濾波電路，經(jīng)過(guò)放大并濾除干擾的電信號(hào)再通過(guò)電
3、壓比較電路，能將人的進(jìn)出兩個(gè)方向很好地識(shí)別出來(lái)。接著通過(guò)單片機(jī)編程將代表不同方向的信號(hào)轉(zhuǎn)換為人數(shù)變化的信號(hào)，同時(shí)通過(guò)串口編程將人數(shù)的變化信息通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件將人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息以圖形界面的方式實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。
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(gè)電路的信號(hào)接收部分。它具有方向識(shí)別的功能，能以非接觸形式檢測(cè)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(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。
如圖2(a)所示：RE200B有兩個(gè)敏感單元P1、P
4、2。這兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)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(hào)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(shí)，當(dāng)人體從圖中箭頭所指的兩個(gè)不同方向經(jīng)過(guò)探測(cè)視場(chǎng)時(shí)，由于兩個(gè)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(guò)程在整體上也相反，這時(shí)就會(huì)有兩種相位相反的交變信號(hào)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(hào)非常微弱，且信號(hào)中含有因環(huán)境引起的噪聲信號(hào)，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波放大。在電路中使用LM324構(gòu)成280倍放大
5、電路，并通過(guò)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(shí)信號(hào)受環(huán)境溫度影響無(wú)法保證穩(wěn)定性，所以增加一級(jí)微分電路，通過(guò)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(guò)傳感器窗口時(shí)可以看到微分電路輸出Vb會(huì)隨人通過(guò)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(yùn)動(dòng)方向，但它輸出的方向信號(hào)卻不能被計(jì)數(shù)用的單片機(jī)識(shí)別，所以必須在放大電路后面加一個(gè)電路，將人體進(jìn)出兩路信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)并被單片機(jī)識(shí)別。上一級(jí)的輸出信號(hào)Vb經(jīng)過(guò)兩路電壓比較電路輸出O1、O2，當(dāng)從左向右經(jīng)過(guò)傳感器窗口時(shí)O
6、1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(guò)傳感器窗口時(shí)O2先出現(xiàn)低電平，O1后出現(xiàn)低電平，如圖3(d)(f)。單片機(jī)使用中斷獲取兩個(gè)低電平先后順序即可判斷出方向。
2．4 單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選用AT89C2051作為單片機(jī)控制電路的核心。單片機(jī)的外部中斷INT0、INT1引腳分別連接到兩組從電壓比較器傳來(lái)的高低電平信號(hào)。由于單片機(jī)外部中斷引腳接收到負(fù)跳變信號(hào)時(shí)才能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，所以當(dāng)檢測(cè)到人體紅外信號(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)的外部中斷跳變成低電平并向CPU申請(qǐng)中斷，通過(guò)判斷INT0和INT1引腳產(chǎn)生中斷的順序來(lái)判斷人員的進(jìn)出方向。
程序設(shè)計(jì)主要考慮信號(hào)采集、人員進(jìn)
7、出的不同速度、是否進(jìn)或出、環(huán)境干擾和實(shí)時(shí)顯示輸出等情況，其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到計(jì)數(shù)裝置的可靠性和實(shí)用性。信號(hào)采集是使用周期性的信號(hào)掃描來(lái)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(shí)計(jì)數(shù)器，T0和T1協(xié)同工作。主程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。
信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后，輸出到顯示模塊八個(gè)顯示筆畫(huà)a，b，c，d，e，f，g，DP八個(gè)口，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示房間里的總?cè)藬?shù)，同時(shí)通過(guò)無(wú)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(lái)顯示結(jié)果，這樣管理者可以通過(guò)數(shù)據(jù)終端方便快捷地查看房間人數(shù)情況。
2．5 計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件是基于Microsoft公司VC++編寫(xiě)的，包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊、接收數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，系統(tǒng)軟件的主控界面如圖5所示：
3 結(jié)束語(yǔ)
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(shí)踐證明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，對(duì)樓宇人數(shù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性好。同時(shí)該系統(tǒng)成本低，具備體積小、重量輕、便于安置和簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在對(duì)樓宇人數(shù)統(tǒng)計(jì)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(jì)價(jià)值。
基于紅外傳感器的人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
