自习室人数监测系统论文

自习室人数监控系统
摘要：本设计是以凌阳SPCE061A为控制中心，实现对自习室人员进出情况及人数的统计、在有人员进出时自动开关门、对自习室温度的实时测量。

本系统设计并制作了一个主机，一个从机，可模拟对多个自习室的集中管理。

从机是由信号采集单元、信号传输单元、控制单元等组成，完成对自习室人员状况，温度的采集、处理和发送功能；主机接受从机信息，实现异地实时监控功能；该系统成本较低，应用于学生自习室，能较好地完成自习室内情况的检测。

经过测试，本系统完成了题目的各项要求。

关键词：SPCE061A 热释电人体红外传感器 DS18b20 nRF905 光电开关Abstract: This design is take Ling Yang SPCE061A as the control center, realizes passes in and out the situation and the population statistics to the independent-study hall personnel, when has the personnel pass in and out the autoswitch gate, to the independent-study hall temperature real-time measurement. This system design and has manufactured a main engine, many from machine, may realize to the many independent-study hall centralized managements. From machine is by signal gathering unit, the signaling unit, the control unit and so on is composed, completes to the independent-study hall personnel condition, temperature gathering, processing and the transmission function; The main engine accepts from machine the information, realizes the different real-time monitoring function; This system cost is low, applies in the student classroom, can complete the classroom inside story situation well the examination. After the test, this system has completed topic each request.
一、设计任务及要求
1. 基本要求
（1）实现人体检测。

（2）实现异地监控。

（3）能反映自习室内人员的进出情况及人数的记录。

（4）实现网络控制，可在监控点监控多个自习室。

（5）能实现在有人员进出时自动开关自习室的门。

二、方案比较与论证
根据题目要求和扩展功能的需要，本系统设计规划成三个主要模块：一个主机模块，一个从机模块(以一个从机模拟多个从机)。

主机模块主要由无线接收模块，显示模块，语音模块和电源模块等构成；从机模块主要由无线发射模块，光电模块和电源模块等构成。

图1-1 系统总体结构图
1.主控单元
方案一：采用51系列单片机。

采用80C51系列单片机，具有结构简单、使用方便、可靠性高等特点。

不带语音功能、其与外围设备的接口电路较为复杂、带负载能力比较弱、处理数据较慢、外部扩展比较复杂且8位单片机运行相对比较缓慢，功耗相对较大。

方案二：采用凌阳SPCE061A单片机。

具有体积小、驱动能力强、可靠性高、
低功耗、可编程处理语音、处理中断能力强等特点。

5V低电压供电，功耗较低；16位微处理器芯片能保证任务快速准确的执行；不需任何外围器件就可以完成语音播放功能。

经过比较后采用方案二。

2.无线信号传输模块
方案一：采用24L01；信号传输不是太稳定，可靠性差，传输距离太近。

方案二：采用nRF905无线传输模块；编程简单，性能也简单稳定，工作电压为1．9～3．6 V，nRF905可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码／解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。

nRF905传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存于芯片存储器内；nRF905较稳定，传输距离较远，且可穿透墙体。

经过比较后采用方案二。

3.显示模块
方案一：采用LED数码管显示。

数码管能显示数字和符号，编程容易，硬件电路调试简单，但不能显示汉字，无法达到题目要求。

方案二：采用12864LCD液晶显示；LCD有明显的优点：工作电流小其功耗很低；尺寸小；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便且能够显示四行汉字，更加人性化，液晶显示屏具有低功耗、影像稳定不闪烁的、画面效果好、抗干扰能力强的的特点。

液晶动态显示功能强大，可以实现多种信息的显示，提供了一个友好的用户界面，使系统更加直观，人性化。

综合考虑，最后决定采用12864显示。

4.人员出入检测模块
方案一：使用红外发射接收管；红外发射接收管能发送和接收红外线，但是红外发射管发送的信号发散，发射功率小，很容易受外界干扰，造成接收管接收信号不稳定，检测自习室人员的进出效果不理想。

方案二：使用光电开关，光电开关具有良好的回差特性，因而即使被检测物
在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

同时，光电开关发出的信号能传送到很远的距离且抗干扰能力强，能够较好的检测自习室人员的出入情况。

经过比较后采用方案二。

5.时间模块
方案一：采用凌阳中断计时；利用凌阳的2个时钟源溢出中断或者7个时基中断都可以很简单的对时间进行计时，但是当掉电后，时间计时清零，从头开始计时。

方案二：采用DS1302时钟芯片计时；DS1302时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。

实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。

DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

DS1302时钟芯片的最大优点是当单片机掉电后DS1302时钟芯片能继续计数。

经过综合比较后采用方案二。

6.自习室人员的检测
采用热释电人体传感器：当自习室有人时传感器会输出高电平；当自习室无人时传感器输出低电平，提醒离开的人锁门。

7.温度测量模块
方案一：采用热电偶测温；要加上补偿电路且材料价高,还得经过专门的接口电路转换成数字信号才能由微处理器进行处理。

成本较高，不利于开发。

方案二：采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

测量温度范围宽，测量精度高。

DS18B20 的测量范围为-55℃ ~+125℃；在-10~+85℃范围内，精度为±0.5℃。

在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。

综合比较后采用方案二。

8、电机模块
方案一：采用直流电机；由于直流电机的惯性较大，不利于精确控制，并且直流电机转动力矩相对较小，不利于实现对重物的控制。

方案二：采用步进电机MP28GA ；步进电机调速调速精度高，且没有误差累计，并且具有优秀的起停和反转响应，由于转速正比于脉冲频率，因此调速范围较快，非常利于对自动门的控制。

综合比较后采用方案二。

三、电路与程序设计
1．主要电路图
12864
（图一）主机系统示意图
D
S18B20
(图二)从机系统示意图
2. 程序流程图
有新进有新出
是
否
主机模块
从机模块
四、测试方案与测试结果
1.人员出入检测：该方案采用光电开关，由一个接收管和一个发射管组成。

接收管与发射管分位于门的两侧，在门口设置两组有一定距离的光电开关，当无
人通过时，两组光电开关均检测到低电平；当有人进入时，靠近门外的一组先检测到高电平，靠近门内的一组后检测到高电平；当有人出去时，靠近门内的一组先检测到高电平，靠近门外的一组后检测到高电平；经测试，传感器能很好地检测人员的进与出。

2.自习室人员检测：该方案采用人体热释电传感器，当检测范围内无人时，传感器输出低电平，当人体进入检测范围时传感器会产生高电平，由此可以判断自习室内是否有人。

（图三）人体热释电传感器
3.自习室内温度的检测：该方案采用DS18B20来检测自习室内的实时温度，在自习室内中间安装一个DS18B20温度传感器，它的精度高，开销小，抗干扰能力强，附加功能强，并且芯片内部自动完成对采集的温度信息的处理，输出的是数字量，更利于单片机的工作。

4.光电对管检测装置实验结果（初始值是0人）
五、设计总结
本设计分为主机和从机两大部分，从机实现了对自习室内人员及温度情况的检测并发送的功能，并能通过检测是否有人进出来控制电机实现自习室门自动开启及关闭。

主机实现了对从机发送来的信号的处理并监控从机的功能。

通过测试发现，该系统出色地完成了设计任务书的基本要求，并且很好地实现了发挥部分的功能，有良好的运行性能并且实用性很高。

在设计过程中我们遇到了许多问题，每个问题都被我们逐一解决。

通过这几段时间的学习及实践，我们学到了很多知识，懂得了如何团体协作，并且知道要解决问题必须联系实际。

当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。

参考文献：
[1].胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）.北京：清华大学出版社，1996年
[2].赵晶.电路设计与制版Protel 99高级应用.北京：人民邮电出版社，2000年
[3].康华光.电子技术基础数字部分(第四版).北京: 高等教育出版社,1980年
[4].童诗白，华成英.《模拟电子技术基础》[M].北京：高等教育出版社，2006年第四版
[5].李晓白秦红磊朱俊杰潘涌泽.凌阳16位单片机C语言开发北京:航空航天大学出版社,2006年。