大型商场客流量统计系统设计

摘要

在工业自动化领域，可编程控制器作为自动控制的重要组成部分，已成为大多数自动化系统的设备基础。设计商场客流量统计系统旨在解决统计商场客流的任务。

本设计通过分析商场客流的特点，制定了基于PLC的客流量统计系统的设计方案，详细阐述了主要包括PLC、语音芯片、液晶显示器等元器件的工作方式、执行过程等内容，完成了控制系统的硬件和软件设计，实现了统计商场客流的任务。商场客流量的统计能帮助商场管理人员更合理地经营，做好预防意外事故的准备，具有很大的应用价值。

关键词：可编程控制器客流量控制系统硬件和软件设计

ABSTRACT

In the industrial automation domain, the programmable controller took the automatic control the important constituent, has become the majority automated system the equipment foundation.Designs the market passenger capacity statistics system to be for the purpose of solving counts the market passenger flow the duty.

This design through analyzes the market passenger flow the characteristic, has formulated based on the PLC passenger capacity statistics system design proposal, elaborated in detail mainly includes PLC, pronunciation chip, liquid-crystal display and so on contents and so on primary device workings, implementation, has completed the control system hardware and the software design, realized has counted the market passenger flow the duty.The market passenger capacity statistics can help the market administrative personnel to manage reasonably, prepare for the prevention accident, has the very big application value.

KEY WORDS：Programmable controller passenger capacity control system hardware and software design

目录

第一章绪论......................................................... I 第二章系统设计方案的论证及比较.. (1)

第一节 PLC的选择 (1)

第二节语音芯片的选择 (1)

第三节显示模块的选择 (2)

第三章系统硬件设计 (1)

第一节统硬件框图 (1)

第二节激光检测电路 (1)

第三节语音播报电路 (1)

第四节液晶显示电路............................ 错误！未定义书签。第四章系统软件设计 (10)

第一节总体流程设计 (10)

第二节统软件程序说明 (10)

第三节设计相关程序 (11)

总结............................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (18)

致谢 (17)

第一章绪论

目前绝大数商场都采用传统的进出口系统或者根本没有，并且关于顾客在某个季节对某些商品的喜好与需求没有一个科学合理的统计调查，造成一些商品销售库存、另一些商品销售短缺的尴尬局面，商场客源减少却没有及时了解，不利于商场的最佳运营。但如果专门安排人员去调研这方面，不仅浪费资源、影响耽误顾客购物，而且得出的结果不一定准确。鉴于此，设计一个自动检测商场进入顾客的总人数，现在还有多少人在商场内，对顾客进入商场购物表示欢迎的科学系统是很有利用价值的，其中检测可以采用激光传感器。激光按能量分累，用于此处的传感器应属于第Ⅰ类激光，是无公害激光。因采用能量不高的激光，对人的身体不会造成伤害，可以放心的使用商场进出口处作检测用。

客流量对于依赖于客流量量的产业来说意义重大。对于零售业来说，顾客是货币的携带者，又是商品的潜在购买者，研究流量规律，可以增加销售机会，将观看者转变为购物者，最大限度地挖掘商场的销售潜力，增加利润。

客流量是重要的衡量工具，通过这一准确的量化的数据，不但可以获得商场、购物中心、博物馆或者飞机场完整的正在运行的状况，而且还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作！

第二章系统设计方案的论证及比较

第一节 PLC的选择

FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

图2.1 PLC结构框图

第二节语音芯片的选择

WT588D系列语音芯片是中国广州唯创科技有限公司中国台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路与一体的可编辑语音芯片。可控制的语音地址位能达到220个，每个地址位里能加载可组合语音为128段，总共28160段语音，足以应对商场的巨大客流量。

其特点：

1、支持2M～32M的SPI-Flash内存，播放时长较大；

2、内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快；

3、内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM输出，音质好；

4、可通过专业上位机操作软件，随意组合语音；

5、USB下载方式，支持在线下载/脱机下载，即便在WT588D通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash；

6、抗干扰能力强，可用于公共或者工业场合。

由于本系统要求很多的语音段、高速处理和抗干扰能力强等要求，所以选择WT588D作为语音播报的主控芯片。

第三节显示模块的选择

方案一：VLCM12864液晶显示模块具有可视化编程图形界面、采用串行控制、内含GB2312 16×16点阵国标一级、二级简体字库及64KB自造图库。采用台湾EDT公司的蓝膜负显EW32F10BCW，具有128×64的点阵分辨率和CCFT 背光源。字库中的汉字可以显示在液晶屏的任意位置。具有标准的RS232串行通信口，通过电平转换接口电路可方便地与PLC连接。

方案二：采用LED数码管动态扫描显示，价格低廉，不仅减少了对I/O口的浪费，而且能够同时驱动多个数码管。其驱动程序容易编写和理解。当显示内容不太多，可以排除。

经过二种方案的比较以及本系统实际，由于该系统需要显示两个内容，上述的VLCM12864液晶显示模块比较妥善，所以本设计选择VLCM12864作为所需要的液晶显示模块。

第三章系统硬件设计

第一节系统硬件框图

本部分主要包括PLC控制中心、供电电路、激光检测电路、语音播报模块、

稳压电路模块、转换电路模块和液晶显示模块。系统硬件框图如图3.1所示：

图3.1 系统硬件框图

第二节激光检测电路

激光检测电路由接进出口激光传感器的3孔排座2个、10k电阻2个、1k 电阻两个、LED指示灯2个及信号输出2孔排座1个等元器件组成。如图3.2

所示。

其中J1、J2分别连接商场进出口激光传感器，J3连接到PLC控制中心。VCC为+5V直流电源。

图3.2 激光检测电路

第三节语音播报电路

AMS1117是一款正电压输出的低压降三端线性稳压电路，在1A输出电流下的压降为1.2V。

AMS1117分为两个版本，固定电压输出版本和可调电压输出版本。固定输出电压1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V和可调版本的电压精度为1％；固定电压为1.2V的产品输出电压精度为2％。本设计选用的是固定电压输出版本。AMS1117芯片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温。

AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。

AMS1117内部集成过热保护和限流电路，固定输出电压为3.3V，具有1%的精度。作为三端稳压管，AMS1117的应用相当广泛，一般对电源效率要求不高的地方，都有可能用到：充电器、一些电路板、电池充电器，电话，数据库，LED显示器，卫星接收器等。为了确保AMS1117的稳定性，需要在输入和输出端各连接一个电解电容。通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。

WT588D语音播报电路包括以AMS1117稳压芯片为主控，电容C6、C7，电阻R5和LED组成的稳压供电模块，以WT588D芯片为核心，J5为语音信号输入双孔排座，扬声器输出语音如图3.3所示。

图3.3语音播报电路

第四节 液晶显示电路

一、液晶显示模块的控制方式

模块的串行控制模式为：1个起始位，8个数据位，1个停止位，通讯波特率为

9600。VLCMl2864命令说明如表3.4所示：

表3.4 VLCM12864命令说明

其中参数n 、x 、y 、w 、h 均为十六进制数，其中x 和y 为显示图形的顶点

坐标，模块的左上角为坐标原点，x轴向右为正，y轴向下为正。向液晶显示模块发送的命令必须是完整命令的ASCII码(汉字为其机内码，ASCII字符为其ASCII码)。命令HZD和ASD后面加上要显示的汉字机内码或字符的ASCII码即可。在每条命令首尾还要加上命令起始和结束码“回车键(ODH)”的ASCII码“3044，’，以表明该命令的开始和结束。如命令“CLSOOOOOaOa”,实际上由串口发送的内容是“3044434C53303030303041 30413044”。

二、液晶显示模块与PLC的硬件接口电路

电控系统的控制器采用带有RS232串行通信接口的PLC，由于串行通信接口RS-232采用负逻辑，即：逻辑“1”为-5～-15V，逻辑“O”为+5v～+15V。而TTL电平的“l”和“0'’分别为24V和0.4V，因此RS-232与TTL电路接口时需要电平转换，电路采用MAXIM公司的MAX232集成芯片实现电平转换。PLC 与液晶显示模块的连接电路如图3.5所示。

图3.5 PLC与液晶显示模块的连接电路

MAX232与就九针串口连接电路如图3.6所示。九针串口与VLCM液晶显示器相连，MAX232芯片的11和12号引脚分别连接到PLC的相应端口。从而实现PLC串行控制液晶显示模块。

图3.6串口连接电路

VLCM液晶显示模块以其控制简单、硬件接口方便、不占用PLC的输入输出接口等特点为其与PLC的联合应用提供了便利条件，实现了PLC对液晶显示模块的实时控制。具有节约PLC系统软硬件资源，显示实时性好，易于使用等优点。

三、PLC的程序执行过程

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

1、输入采样（输入刷新）

在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

2、程序执行（程序处理阶段）

在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程

序执行的过程而变化。PLC扫描运行方式流程图如图3-8所示。

3、输出刷新

当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样，这方式称为集中采样。

在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。

PLC系统内部的工作原理可分为5个步序：内部处理、通讯服务、输入处理、程序执行、输出处理。

PLC的工作模式分为运行模式（RUN）与停止模式（STOP）两种。当PLC处于RUN模式时，PLC按步序从内部处理开始，到输出处理结束一个执行周期，

图3.7 PLC扫描运行方式流程图

一个执行周期结束后，将立即开始下一个周期的执行，即返回到第一个步序-内部处理，如此一直循环下去；当PLC处于STOP模式时，PLC按步序从内部处理开始，只执行前两个步序，即到通讯服务结束一个执行周期。PLC的这种运行方式称为循环扫描方式，而每执行一个执行周期所需时间称为循环扫描时间或扫描周期。

在PLC的存储器中，设置了一区域用于存放输入/输出信号的状态及当前值，它们分别称为输入映像区和输出映像区。PLC的其它地址元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像存储区。通过建立元件映像存储区，使PLC 成为一个真正的数字采样控制系统；虽然PLC不可能像继电器控制柜那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态，但只要采样周期足够短，即采样频率足够高，这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。

1、内部处理：PLC完成对自身硬件的自检测，当发现自身硬件有问题或硬件配置与实际对不上时，PLC将产生错误指示。Haiwell PLC对此种错误以主机上的ERR错误指示灯闪烁指示。

2、通讯服务：PLC处理与计算机、PLC、编程器及别的智能设备的通讯。

3、输入处理：PLC在输入操作上采用定时采样的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的开始）一次性集中采样所有的外部输入点，采样结果用二进制的形式存入到RAM中一个区域（输入映像寄存器区）。这样在执行程序时，所需的现场讯息全部从输入映像区中取用，不直接从现场取样。

4、程序执行：PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始执行，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束，执行指令时，从元件映像存储区中读出元件的状态及当前值，并据指令的需要进行相应的逻辑运算及赋值操作，最后的运算结果写入到线圈或输出类指令对应的元件映像存储区中。

5、输出处理：PLC在输出操作上采用定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的结束）先将它们存放在RAM中的一个区域（输出映像寄存器区），扫描周期结束时再将输出映像区中控制信息集中输出。

描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响控制场合。

四、 PLC使用的注意事项

1、温度

PLC要求环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，以防太阳光直接照射；如果周围环境温度超过55℃，要安装电风扇强迫通风。

2、湿度

为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

3、震动

应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续震动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。

4、空气

避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

5、电源

PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）V的交流电，对于电源带来的干扰，PLC本身具有足够的抵抗能力。对于可靠性要求较高的场合或电源特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变化比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

第四章系统软件设计

第一节总体流程设计

根据系统的要求，当顾客当顾客进入商场时，语音播报“欢迎光临”并开始计数，同时在液晶显示器上显示欢迎标语和进入商场的顾客总数以及当前商场内的顾客数。当顾客离开商场时，语音播报“谢谢光顾”等语音信息。设计系统的软件流程图如图4-1所示：

第二节系统软件程序说明

首先“开始”，打开电源，系统初始化，液晶显示器上显示欢迎标语：“欢迎光临！”并开始计数。当有顾客进入商场时，语音播报“欢迎光临”，同时计数器加1，当有顾客离开商场时，语音播报“谢谢光临”同时计数器减1。

进入商场内的总人数和目前商场内剩余人数显示在液晶显示器上，顾客可以通过注意液晶显示器上的人数判断当前是否适合进入商场。另外，如果商场内人太多，也可以通过语音播报商场内过于拥挤警示即将进入商场的顾客在外面等候，以免发生踩踏等意外事故。

图4.1 系统软件流程图

第三节设计相关程序

设计系统启动和停止程序梯形图如下。

如梯形图4.2所示，当按下SB1，即X000时，系统开始运行，按下SB2，即X001时，系统停止运行。程序中含有自锁。

图4.2启动和停止程序梯形图

系统计数程序梯形图4.3如下：当按下SB1，即X000时，系统启动，同时计数器完成复位。当商场进口传感器有脉冲信号，即有客人进入商场时，计数器加1，当商场出口传感器有脉冲信号，即有客人离开商场时，计数器减1。当同时有人进入和离开商场时，计数器保持不变。

图4.3系统计数程序梯形图

WT588D 语音播报电路程序如下4.4，当按下X002，即有客人进入商场时，语音播报欢迎光临等欢迎语，当按下X003，即有客人离开商场时，语音播报谢谢光临等。

图4.4 WT588D 语音播报电路

液晶显示单片机程序如下：

BOOL lcd_bz() // 测试LCD 忙碌状态 {

BOOL result; rs = 0; rw = 1; ep = 1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); result = (BOOL)(P1 & 0x80); ep = 0; return result;

}

lcd_wcmd(BYTE cmd) { // 写入指令数据到LCD

while(lcd_bz()); rs = 0; rw = 0; ep = 0;

_nop_();_nop_(); P1 = cmd;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

ep = 1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

ep = 0;

}

lcd_pos(BYTE pos)

{ //设定显示位置lcd_wcmd(pos | 0x80);

}

lcd_wdat(BYTE dat)//写入字符显示数据到LCD {

while(lcd_bz());

rs = 1;

rw = 0;

ep = 0;

P1 = dat;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

ep = 1;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

ep = 0;

}

lcd_init()

{ //LCD初始化设定lcd_wcmd(0x38);//显示模式

delayms(1);

lcd_wcmd(0x0c);//开显示

delayms(1);

lcd_wcmd(0x06);//地址加1