智能人流量检测报警系统设计

黄勤陆，喻兴隆，冉　煦

(成都纺织高等专科学校电气信息工程学院，四川 成都 611731)

0　引言

近年来，因夜间使用ATM机而引起的安全事故频频发生。由于抢劫等恶性事件通常发生在夜间，因此，设计一种能够实时监控夜间ATM区域等特殊场所人流量、及时作出流量统计、若发现滞留等异常现象及时示警的系统变得十分有意义。

现阶段常用的人流量检测系统一般有以下两种。第一种是由微处理器及光电、声电传感器模块为主的人流量检测系统[1]。该系统具有成本低廉、应用广泛等特点，但是对于人流量较大的情况，计数准确性欠佳。第二种是基于图像处理技术的人流量检测系统[2]。该系统能够对运动目标进行跟踪，并通过分析目标特点进行人流量统计，较大程度地避免人员遮挡[3]。尽管这类型系统能够检测动态目标并且计数准确，但是复杂的结构及技术、高昂的成本制约了其推广及应用。

本文设计了一种基于以太网的智能人流量检测报警系统。该系统具有成本低、安装方便、应用范围广等特点，尤其适用于夜间ATM区域监测。

1　系统组成

智能人流量检测报警系统主要由现场报警控制器和服务器两部分组成，通过以太网进行数据传输。系统结构如图1所示。

图1　系统结构图

报警控制器实时监测监控范围内的人流量，并将流量数据发送给服务器；若发现人员滞留等可疑现象，向服务器发出警示。报警控制器主要由以太网通信模块、人流量检测模块、报警输出模块和Web Server参数设置模块组成。

服务器对在线的报警控制器进行设备注册，并根据流量数据对报警控制器发出触发报警或重置报警操作。服务器主要由设备注册模块、触发报警模块、重置报警模块和心跳机制模块组成。

报警控制器上电后，首先进行初始化，再向服务器发送注册信息。注册成功后，报警控制器将自动监控流量数据。一旦发现数据异常，其立即向服务器提交报警数据，并由服务器决定是否启动本地报警。如果启动本地报警，服务器向报警控制器发出报警指令，报警控制器报警输出端口有效。报警信息包括报警设备类型DevType、报警时间AlarmTime、报警次数AlarmNum、报警人数AlarmPeople等。服务器收到报警信息后，向报警控制器返回确认信息。

报警控制器报警或异常后需要复位，复位后首先向服务器发起注册。如果注册不成功，间隔一定时间继续注册，直至注册成功。注册成功后，报警控制器应定时向网关发送心跳信息；一旦心跳信息发送失败，报警控制器应重新注册。注册完成后，报警控制器保存注册信息，以免掉电丢失。注册信息协议包括版本信息Version、ID信息BoxDeviceID、IP地址、控制器端口号Port、银行名BankName、网点名Store Name等。

心跳机制用于维持报警控制器在线。注册完成后，报警控制器应根据注册后反馈心跳周期，定时向服务器发送心跳信息。服务器根据心跳信息确认报警控制器的在线状态。心跳信息如果一次发送不成功，则在设置的20 s间隔周期后再次发送。如果仍不成功，即认为报警控制器离线，应重新向服务器注册。

2　报警控制器设计

报警控制器由人流量检测模块、报警输出模块、以太网通信模块、参数设置模块组成。报警控制器采用STM32F207芯片作为中央处理器，接收传感器的输入数据，并通过Web Server模块将信息实时传至服务器。服务器通过对数据的判断，决定是否发出警报。

2.1　人流量检测模块

人流量检测模块包括人流量计数模块和人员有无检测模块，通过两个红外开关和一个红外热释电传感器，判断人员进入/离开房间情况，统计人数以及监测特殊滞留情况。

人流量检测模块采用红外漫反射传感器进行信息采集。该传感器集发射器和接收器于一体，当被检测物体经过检测头时，发射器发出的红外光线将被反射器接收，并产生开关信号[4]。采用一对红外线漫反射开关检测人员流量，工作电压为12 VDC，感应范围为5～100 cm可调。在工作过程中，若没有人员经过时，开关输出低电平；当开关探测到有人员经过时，开关输出跃变为高电平，产生一个上升沿。 人员检测示意图如图2所示。

图2　人员检测示意图

图2中：两个红外漫反射开关探测点A1与A2的距离S为50 cm。假设人员的前进速度v为2 m/s，若忽略开关的延时(小于1 ms)，根据式(1)，则两个开关输出的上升沿之间的时间差t为250 ms。

(1)

红外漫反射开关电平变化如图3所示。

图3　红外漫反射开关电平变化图

如图3所示，上、下两个时序图分别对应两个红外漫反射开关探测点A1与A2的电平变化。若系统先接收到A1的上升沿信号、再接收到A2的上升沿信号、则判断为有人员进入，计数器加1；相反，若系统先接收到A2的上升沿信号，再接收到A1的上升沿信号，则判断为有人员离开，计数器减1。

人员有无检测模块使用红外热释电传感器实现。人体的恒定体温约37 ℃，根据红外辐射基本原理[5]可知，人体将会辐射出波长约为10 μm的红外线。压电材料，如钽酸锂、钛酸钡等，随温度的升高会发生极化现象，从而释放一部分电荷[6]，这种现象被称为热释电效应。

将这类材料制成薄片并在其上下表面设置电极。当红外线照射到材料表面引起温度改变ΔT时，极化电荷为ΔP。假设元件的等效电容为C，则该薄片上下表面电极将产生的极化电压ΔV为：

(2)

红外热释电传感器的波长灵敏度范围一般为0.2～20 μm，使用时需要加滤光片[7]，确保波长为10 μm左右的红外线能够通过，从而检测出人体发出的红外波长。据统计，在夜间使用一次ATM取款机的正常平均时间为5 min。因此，若系统持续收到超过5 min的高电平信号，将向服务器发出警示，提醒值班人员使用监控设备观察潜在的危险情况。

人流量检测模块接口电路如图4所示。图4中：IN1～IN4接外部报警开关输出；U2为四路光耦；R3～R6为光耦输入侧限流电阻；C1～C4为硬件滤波电容；INPUT1～INPUT4为经过光耦隔离后的检测信号，与STM32的输入端口连接[8]。

图4　人流量检测模块接口电路

系统共设计了八路输入，分别为五路报警输入、一路双检信号输入和两路流量计数输入，其通道分配及开关类型通过参数设置系统设定。

2.2　以太网通信模块

以太网通信模块接口电路采用带SPI接口的独立以太网控制器ENC28J60作为从机，通过SPI接口与STM32主机连接。ENC28J60集成介质访问控制(media access control，MAC) 和10 BASE-T PHY，包含接收器和冲突抑制电路，支持一个带自动极性检测和校正的10 BASE-T端口，可采用全双工和半双工模式工作，ENC28J60具有8 KB发送/接收数据包双端口SRAM。MAC支持单播、组播和广播数据包，数据包通过编程进行过滤，并在事件的逻辑“与”和“或”结果为真时，唤醒主机，以匹配64 B的可编程模式。

2.3　报警输出模块

报警输出模块用于驱动声光报警装置，采用继电器输出。接口电路如图5所示。

图5　报警输出模块接口电路

图5中，OUTPUT1端口为报警输出通道1，与STM32的通用输出端口连接，经光耦TLP521进行信号隔离后，由三极管Q1驱动继电器线圈。R2为三极管Q1的基极限流电阻，D1为继电器线圈的续流二极管。OUT1_COM、OUT1_NO、OUT1_NC分别对应报警输出通道1的继电器输出公共端、常开输出端和常闭输出端。

3　服务器设计

服务器通过以太网与报警控制器进行数据信息交换，提供数据存储、参数设置、Web应用服务。

基于Web Server的报警控制器参数设置系统，可通过Web页面完成功能设置。在浏览器中输入报警控制器的IP地址，即可登录Web设置界面。在进入Web设置界面前，需输入用户名和密码，校验通过后进入设置页面。页面主要包含报警控制器网络参数设置、远程服务器网络参数设置、输入端口设置、输出端口设置、人员检测设置、设备ID设置等功能。报警控制器网络参数设置用于配置报警控制器本地网络参数，主要包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器、MAC地址等。网络参数设置子函数流程包括：读写IP地址、子网掩码、网关、DNS服务器、MAC地址设置。这些网络参数保存在系统的Flash中。远程服务器参数设置用于配置服务器的网络参数，主要包括服务器IP地址、服务器端口号、单位名称和网点名称等。远程服务器参数设置子函数如下：

Static void html_ServerParmSet(char *data)

{

char tmp[100];

char c_tmp[33];

……

read_flash(HtmlSizeAddress+2*1024,(u16 *)htmlreadbuf,2048);

}

服务器的参数从Flash中读取，服务器IP地址及网点名称从数组data中提取和更新。另外，I/O端口参数设置用于配置输入端口名称、信号常开/常闭状态、触发时间设置、报警输出端口号、联动模式等。

4　结束语

本文介绍了一种基于以太网的智能人流量检测报警系统。该系统可配合视频监控系统，实时监控银行网点等场所的人员出入情况，进行人流量统计并在发现异常情况后及时报警。本文较详细地介绍了报警控制器的工作原理及硬件设计、Web Server参数设置系统、通信协议及工作流程。该系统样机在四川某银行网点与银行现有数据管理应用系统实现了无缝对接。测试表明，该产品运行稳定、可靠，可在银行等监测领域推广应用。

参考文献:

[1] 杨伟军，郭勇.采用红外线的大型公共场所人流诱导疏散方法的研究[J].沈阳理工大学学报，2012,31(5):44-47.

[2] 许伶俐.基于单摄像机的行人检测与人流量统计技术研究[D].无锡：江南大学，2014.

[3] 张卿.基于视频的人流检测与分析研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[4] 王彪，陈越，刘昱，等.基于STM32的激光雾霾控制仪光电系统设计[J].沈阳工业大学学报，2017,39(6):655-658.

[5] 张金玉.红外热波检测及其图像序列处理技术[M].北京:国防工业出版社，2015:55-60

[6] 孙华，李扬.热释电红外传感器原理及其应用[J].内江科技，2010,31(12)：116.

[7] 杨波，陈忧先.热释电红外传感器的原理和应用[J].仪表技术，2008(6):66-68.

[8] 黄勤陆，黄凤江，崔静，等.一种基于电梯监测的无线射频收发装置设计[J].电子设计工程，2016,24(2):190-193.