基于52单片机的景区人流检测及智能提示系统设计

高卓尔 严金炜 赵乐妍 孙士棋 江宇柔

摘 要：为了对热门景区人流量进行很好的统计和预测，我们设计了一款基于52单片机，辅之以红外、超声传感技术的人流检测及智能提示系统。整个系统首先通过多传感器组来收集人流数据，将数据传到从机上。主从机之间通过433M无线模块传输数据，主机通过调用前期实地调研及搜索资料所得的人口预测拟合函数，对景区在未来一段时间内的人流密度及其变化做出预估，并将反馈结果公示到LCD显示屏上，用以提醒顾客合理选择观赏区域，规避人群高度密集，提高旅游的舒适度的同时且增强了安全保障。

关键词：52单片机;433M无线模块;红外传感器;超声传感器;人口拟合

0.引言

随着人們生活水平的提高，每逢假期，外出旅游就成了许多家庭的选择。特别是像中国这样人口众多的国家，许多著名景点常常会发生因为游览人数众多造成的拥堵现象。所幸的是，当前互联网、通信、红外监测技术的迅速发展让这一切得以解决。基于这些技术，许多景区可以做出合适的决策，采用限流，控流，分流等手段来控制人流量。而获得景点每一个时间点人流量的实时数据则更方便地服务了景区的人流量管理。实时景区人流检测及智能提示系统便应运而生。同时，这样的人流量统计不仅可以广泛运用于商场，博物馆，餐厅等一切人流密集的地方，还能在救援安防领域起到关键性作用。[3]

本文采用红外和超声传感器采集人流信息的传感数据，通过433M无线模块将其输送到52单片机进行处理，并对下一时段的人流量进行预测，最后通过LCD显示屏显示所需数据，展示当前人数，实现等待时间的预报功能。与前人的工作相比，我们的产品制作成本低，容易推广，同时能够准确计数两人同排并行进出的情况，很好的实现了预报功能。并且顺利通过仿真实验。

1.设计原理

基于STC89C52单片机的景区人流统计及预测系统主要由主机模块部分和从机模块部分组成。主机部分由主控制器，无线传输模块和显示模块组成，安装在游览景区的公示处。从机模块由主控制器，多传感器组（红外检测模块，超声波检测模块）和无线传输模块组成，主控制器与无线传输模块一同放置在游览景区内部或入口外排队路径上的适宜位置，红外与超声波检测模块均分别安装在游览景区的入口和出口处，通过接线与从机的主控制器相连。假设该游览区域内现有人数为M1，当有游客进出该区域时，在入/出口处时，先经由红外检测模块检测到有人进入/退出，主控制器接收红外检测模块的数据变化并检验是否为有效变化，确认为有效变化（即确认有人进入，排除外界因素引起的波动）后，再将超声波模块置于工作状态，检测并排情况，超声波模块反馈的检测信息发送至从机控制器，从机控制器将接收到的超声波检测信息进行处理，得到该景区当前时刻进区人数 a 、退区人数 b 、该时刻景区内净增人数 M2=a-b 与该时刻更新后的现有人数M3=M1+M2，通过从机无线传输模块将以上四个实际数据传送给主机模块的无线传输模块。主机无线传输模块收到传送信息后，把信息发送至主机模块主控制器，在所得信息基础上加以处理并进行预测，得到当前景区内人数、当前进区需等候时间与预测某一段时间后进区需等待时间三个信息数据，随即在主机模块显示器公示。通过各模块信息的实时更新与关联，在公示处显示器上即可准确获取任何时候某区域内的现有人数及入区需等待时间，从而方便游客规划游览路线，也利于景区工作人员对景区进行管理维护并做好预防措施。

2.硬件设计

主机和从机分别进行智能计算与结果显示、数据收集与传输两部分工作。主机部分中，主控制器与多传感器组通过串口连接，主机和从机之间通过433M无线传输模块进行信息交互。串口连接高效稳定，433M无线传输模块传输距离远，为系统信息传递提供了可靠解决方式。

2.1 主控制器

主机和从机设备分别使用一台STC89C52单片机作为主控制器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程闪存，为本套系统的完成提供了高灵活性、高性价比的解决方案。STC89C52使用经典的51内核，指令代码完全兼容传统8051。但作为一款增强型8051单片机，定时器方面增设Timer2，使得6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期的三个定时器之间做到了任意选择，这使得本系统中人流预测功能得以更可靠地实现。处理器工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机），IO口32个，ISP/IAP功能使得这款单片机无需专用编程器或仿真器，可通过串口连接USB转换模块直接下载用户程序，数秒即可完成一片，为本系统的搭建提供了优秀的硬件保障。

2.2多传感器组

多传感器组包括两个热释红外传感器、四个反射式超声传感器（两两一组）构成。

2.2.1红外检测模块

生物体本能地向外辐射电磁波（红外热），人体向外辐射电磁波的的波长为8-14μm。本系统中红外模块选用的D203B红外传感器可以根据人体向外辐射红外热的波长特点，将特定波长的的红外信号转化为电信号。当感应范围内无人经过时，传感器只感应背景温度，而有人经过时，加装菲涅尔透镜的探头感应到人体温度与背景温度之间的信号差异，把这种转化为电信号，通过BISS0001芯片进行比较，最终拉低输出端电平。Timer1进行计时工作，并触发复位。

2.2.2 超声检测模块

本系统采用HY-SRF05超声波测距模块，该传感器依靠压电效应进行工作，包含发射器部分和接收器部分。工作电压DC5V，工作电流15mA，测量角度15°，可以完成2-450cm的测距工作。当提供一定长度的脉冲信号时，模块内部将发出8个40kHz脉冲并检测回波。当回波被检测到时，输出端电平被拉高。以入口处为例，设两侧传感器P、Q测得距离为S1和S2，声速为v，高电平时间为t，根据

可得S1和S2，做和再与入口处宽度L相比较来判断是否存在并行的情况。

2.3 433M无线传输模块[6]

本系统中所选用的是TI公司的CC1020芯片，这款低成本无线级芯片在低功率传输中性能卓越。该芯片内含一个功率放大器、单稳态电路、一个内部电压控制的振荡器和一个循环过滤的锁相环。该芯片自动待机状态下较为省电，且所需外部支持器件较少，是理想的无线传输芯片。信息传输过程还需借助SimpliciTI协议栈，通过433MHz频段的单端传输天线来实现。分别通过使芯片的DIO管脚电平发生改变来切换信号的发送和接收模式。

2.4 LCD显示屏模块

在初代实物搭建时，采取了较为简易的LCD1602模块进行有关信息的显示，后因需要显示的数据较多，开发滚动显示功能。LCD12864液晶也是解决大量信息显示的方案之一。在需要较大功率的液晶屏显示时，可通过串口将数据传输至PC终端带动大功率液晶屏显示。

3.软件设计

系统选用 STC89C52 单片机为数据处理器，采用C 语言编写，在Keil 环境下开发， 使软件具有可读性好、可移植性好等特点。[5]整个系统的程序采用子程序调用的模块化设计方式，各个子程序块设计相对独立，便于后期的修改和调整。

从机模块中的红外检测模块与超声波检测模块作为数据采集的基础模块，两者的程序关系与系统整体设计保持一致，且入口处与出口处两模块的程序基本相同。以入口处两模块程序为例，流程如图6所示。程序中红外传感器的信号采用外部中断下降延触发方式，当红外传感器接收到外部信号时，而后先经过delay检验信號是否有效（避免外界因素干扰产生的误差），确认有效后进入中断服务子程序，处理完中断服务子程序后返回主程序。超声波检测完成后将信息发送至从机主控制器，从机主控制器对信息进行处理并得到得到该景区当前时刻进区人数、退区人数 、该时刻景区内净增人数与该时刻更新后的现有人数四个数据。红外检测和超声波检测的子程序均调用在从机主程序中，较好地保证了多传感器工作的同步性。

主机模块的无线传输模块始终工作在接收状态，从机模块的无线传输模块始终工作在发送状态。设定全局变量数组R（ R[0] 、 R[1] ，初始化值为 0）用来存储当前某区域当中的现有人数（R[0]）与下一时刻更新后的人数（R[1]），从机模块主控制器每更新一次当前人数，先判断与原现有人数是否有变化，若两个数据不一致则令 R[0] = R[1]，R[1] = 0，并随即通过无线传输将更新后的现有人数信息发送给主机模块（若两数据相等则不执行传输并等待下一次更新）。

主机无线模块每接收一次从机发送的更新信息，反馈到主机模块主控制器，进行信息数据处理与预测。将大量前期调研采集到的数据，进行线性回归拟合后得到以下关系式：

利用现有人数R[0]求出当下入区需等待时间t1。设一数组W（W[0]、W[1]、…、W[59]）读入初始60个净增人数数据，之后利用计时器每隔时间t0（1s）将整体数据后移一个地址（舍弃原W[59]），并读入一个新W[0]，把数组W实时60个数据求和得到w，并计算人数净增长的速率v。预测10min之后净增加人数y与 10分钟后入区需等待时间t3。故得到主机模块主控制器中的处理与预测相关公式如下：

最后通过主机模块的显示模块的显示器把现有人数（更新后）、当下入区需等待时间t1与预测10分钟后入区需等待时间t3进行公示，流程如图 3 所示。

4.结束语：

这套基于52单片机的景区人流检测及智能提示系统设计，不仅前期有着大量的实地勘测以及资料文献的积累，也结合了红外、超声传感、拟合预测等多种技术，实现了对热门景区人口密集程度反馈、人口未来流动趋势等多方面的构想。由于其材料价格低廉、应用范围广，一定程度上节约了景区的成本。另外其人性化的设计，以及易操作性，极大地提高了旅客的出游质量。目前我们小组的设计系统已经通过了仿真实验，相信通过后期的进一步完善和修正，将会有着更加广阔的应用前景。

参考文献：

[1]千承辉，王超，曹曦元，凌振宝，万云霞.多传感器数据处理的人流量监测系统[J].实验室研究与探索，2013，32（02）：35-38.

[2]钟鼎，尹媛媛.基于STM32人流量统计监控系统设计[J].电子设计工程，2011，19（20）：94-96.

[3]李艳，葛年明，陈杰.基于ZigBee的多传感器物联网无线监测系统设计[J].自动化技术与应用，2015，34（01）：47-51.

[4]赖显渺，张政泼，蒋桂平.基于单片机的热释电红外传感安防报警电路的设计[J].轻工科技，2015，31（05）：32-33.

[5]詹新生，张江伟. 基于 AT89S51 的无线数据采集系统设计[J] . 实验室研究与探索， 2011， 30（ 4） ：199202.

[6]颜丙洋. 基于433MHz模块的远程抄表安全系统设计与实现[D].山东师范大学，2014.