基于单片机的教室人数检测终端设计*

王 乾，何秋生，李晓云，张 森

(太原科技大学电子信息工程学院，山西太原030024)

对于教室人数检测的处理方法有以下几种:一、在教室中的每个座位上放置传感器;二、在教室门口设置刷卡系统。但是对于座位上放置传感器的方法而言，方法复杂、成本高;对于教室门口处设置门禁刷卡系统的方法不仅投资高，会出现学生漏刷或替刷的现象，而且会妨碍学生进出教室的速度。因此出于经济，精度的考虑，本终端采用红外对管作为检测元件，实现教室人数检测终端的设计。

1 检测原理

1.1 光电开关工作原理

本设计采用对射式光电开关E3F－5DN1(接收器)/E3F－5L(发送器)作为检测元件。光电开关是利用被检测物对光束的遮挡，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。图1给出了光电开关工作原理图。当发送器和接收器之间无人经过时，接收器的红外敏感三极管由于接收到发送器发射的光束而导通，输出低电平;当发送器和接收器之间有人通过时，红外敏感三极管无光束进入而截止，输出高电平［1，2］。

1.2 人数检测原理

单片机通过判断教室门内外光电开关信号产生的先后顺序，来判别人员进出情况。当有人进入室内或离开室内时，门内外光电开关输出的脉冲信号在时间上存在一定的先后顺序，图2给出了人员进出检测时序图，当光电1先产生高电平而光电2后产生高电平时，则单片机判断有人进入，教室人数加1;反之，教室人数减1。单片机通过对光电信号的检测，对数据进行分析，进而得出教室的人数［3］。

图2 人员进出检测时序图

2 检测终端设计

2.1 硬件系统设计

本设计将两对光电开关设置为一组检测器件。在教室门口内外各安装一对红外对管。实践调查，学生身高高于1.4 m，人体的宽度大于10 cm。所以，光电开关安装在距地高度为1.4 m处，两对红外对管间水平间距小于10 cm以提高灵敏度。

光电开关的信号线与单片机的IO口相连，用以完成信号的传输。图3是硬件系统设计电路图［4－6］。

图3 硬件系统设计电路图

2.2 软件编程

人员经过门口时，会出现几种情况:

1)无人进出教室，即进入教室的净增人数为零。此时可能的情况有:没人进入教室，此时单片机与光电开关连接的IO口同时接受到高电平。有人站在门口并遮挡了光电1很长时间后离开，此时通过设置单片机检测等待来进行判断，即单片机在采集到光电1有信号输入后并等待光电1电平变化，当光电1电平变化后再判断光电2是否有触发信号输入。由于人员站在门口只遮挡了光电1，而并未进入教室，因此不会触发光电2，此时单片机维持计数不变。

2)有人进出教室，即进入教室的净增人数非零。单片机采集到光电1有信号输入后并等待光电1电平变化，当光电1电平变化后再判断光电2是否有触发信号输入。由于人员会先后触发两个光电开关。所以光电2会被触发，在光电2电平变化后，进行人数加减1处理。

3)有人在教室门口徘徊。对于这种情况，软件将其视为人数加1(或减1)后再进行减1(或加1)。系统软件流程图如图4 所示［7］。

图4 终端软件流程图

3 调试结果分析

通过硬件和软件的设计，该检测系统实现了对教室人数的实时检测，达到了预期效果。表1是在实验室中进行的模拟人数检测结果报告。其中:

E1=|RES－PIR|/PIR*100% .

E2=|△P1－△P2|/△P1*100% .

式中:E1为显示误差，RES为统计显示结果，PIR为教室人数;E2为统计误差，△P1为教室净增人数，△P2为统计结果。

实验显示，在时间段8:00～9:30、10:00～12:00期间，人流量不大时，本终端能精准地检测出教室内人员变化情况，并且稳定性强。然而在时间段9:30～10:00期间，出现了两人同时进出教室的情况，由于光电开关的局限性，对于两人同时进出教室的情况只能识别为一人，在统计人员数量不大的情况下增大了实验的统计误差。可以通过增加光电开关的数目以及设置光电开关的位置减小误差。

表1 模拟人数检测结果

4 总结

测试表明，本终端对学生上自习过程中，人流量小的情况下有较高的检测精度，且能实时更新检测数据。

［1］王文英.基于光电开关的工业产品计数器设计［J］.现代电子技术，2013，36(8):136 －137.

［2］左兆陆，郑宾，丁高林，等.基于红外线光电开关的测速系统设计与应用［J］.自动化与仪表，2011(8):82－84.

［3］付丽，吴朝彦，王文志，等.基于光电开关的硬币面值识别系统设计［J］.压电与声光，2011，33(5):837－839.

［4］王建军.红外光电开关在人流量记录中的应用［J］.电脑编程技巧与维护，2008(2):75－76.

［5］毕满请，高文华.模拟电子技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2012.

［6］陈利永.电子技术基础［M］.北京:北京邮电大学出版社，2007.

［7］王功利，刘景，蒋建华.红外对管及其在测量滴流速度方面的应用［J］.电子技术应用，1996(5):31，33.