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作者：上海师范大学天华学院 谢洁 钟丽薇 薛雅威
指导教师：徐会彬 宋彦冰

　　作品简介

　　一. 作品图片　　

　　二.开发背景：
　　天华学院图书馆由南北两个部分组成，南北各一个入口，入口的门禁系统仅具备防止书籍非法带出的警报功能。受2010年上海世博会每日统计进入园区人数和在园人数实时数据，并通过互联网对其进行传输和处理。受此启发，本团队开发了该带有联网统计功能的图书馆人流统计系统。

　　三. 结构说明
　　该系统分为硬、软件2个部分，硬件部分由检测部分和单片机控制板组成，检测部分包括两对红外光电开关，没有遮挡时输出低电平，反之输出高电平。单片机控制板上有一块51单片机，用于接受来自检测部分的信号，按程序控制判断其是入、出馆，并将信息通过串口芯片、串口线传输到计算机。
　　检测部分和单片机控制板只需通过网线相连。同时，该控制板还预置了扩展槽，便于加置多路门禁，以便将来可以通过扩展槽将检测部分电路通过无线传输方式传输给单片机控制板，以省去布线困扰。
　　软件部分使用VB编写，数据库采用Access。

　　四.功能与使用说明.
　　1.功能：该系统主要具有人流实时统计、数据管理、网络三个功能。
　　人流实时统计指在图书馆开馆时间内，对进出图书馆的人流进行精确的有向统计，并在系统界面上予以显示，即：当日入馆人数、当日在馆人数、本周在馆人数。其中，当日入馆人数统计所有进入图书馆的学生数量，只要有人进入就加1，出馆不减;当日在馆人数统计当前在图书馆的人数，即有人进馆就加1，出馆则减1。系统将每日的入馆、在馆数据按日期存入数据库，每日第一次启动时调取一周在馆人流总和显示在界面上。
　　数据管理功能将每日统计的人流数据写入数据库保存，并按用户指定日期区间进行筛选，将该区间数据全部显示出来，且可按用户要求制作图表导出为Excel、txt、word等格式。当数据量累积到十分臃肿时，系统还提供数据库压缩功能，使用户操作更具效率。
　　网络功能在图书馆多个入口处都安装软件，并通过网络链接到异地服务器数据库，进行写入和读取操作，保证了数据的安全性和同步性。本系统还具有防止同时写入导致出错的机制，利用定时器将时间片尽量缩小以确保低误差率，且拥有本地数据库上传功能。
　　2.使用说明：
　　将两对红外发射器与接收器对准分别安装在通道两侧，使其被切断后发射器红灯灭;
　　将接好的红外发射器及接收器连接到单片机，并将单片机接口与电脑连接;
　　启动与单片机相关的软件程序即可开始统计经过门禁的人流数。

　　平台选型说明

　　本作品以单片机开发板为主板，以STC15F2K61S2芯片为控制核心，此芯片是STC最新的增强型51，相比较传统51，有以下优点：
　　1. 1T STC-Y5 内核，比传统51快6-12倍;
　　2. 内部RAM扩大，传统51为128字节或256字节，它达到了2.25KB;
　　3. 内部高精准可调RC振荡器;
　　4. 有一个16位自动重载定时器，串口波特率设置更灵活;
　　5. 有片内SPI控制器，速度可达1/4主频速度;
　　6. 有片内PWM/PCA控制器，可捕获外部缓冲或这产生PWM;
　　7. 有片内AD，分辨率10位，8通道。

　　设计说明

　　一.原理图：　　

　　二.设计方案
　　(一)任务：设计并制作一个将一天内进入/离开图书馆的人流量精确记录并按照周、月统计，且将统计数据通过网络共享的系统。
　　(二)总体设计
　　本系统共有两个部分，分别是硬件部分和上位机软件，硬件部分主要功能是每当一个门禁通道有一个人次进入图书馆或者离开图书馆，系统都会向PC机串口发送一个指令，进入时向PC串口发送字符“0”，离开时发送字符“1”。当进入图书馆时当前在馆人数和当前入馆人数均+1，离开图书馆则当前在馆人数-1，当前去馆人数不变。
　　1.主要功能
　　① 每日流量计数：对从每天开馆起的图书馆人流量进行实时记录，其状态通过液晶屏实时显示，包括“当前在馆人数”和“当前入馆人数”，学生进入和离开图书馆不需要通过闸机或刷卡。
　　② 数据整理和统计：统计每天采集的数据，可按用户需求以周、月等时间段输出，并按要求输出excel、txt、word;还可选择相应时间段制成图表，以便查看图书馆的人流变化情况，方便图书馆管理。
　　2.运行环境：
　　硬件支持：51单片机，网络连接线，红外线发射、接收头4组，2路门禁，USB连接线(5V供电)
　　运行环境：装有Windows 2000/XP;Office 2003;VB6.0等软件的普通PC
　　(三)系统设计原理
　　1. 硬件技术实现
　　1.1红外线功能的实现
　　为实现有人通过即启动单片机计数并生成记录，采用切割红外发射接收对管的直射信号方式，既安装简便又计数准确度高。所用红外发射管和红外接收一体头分别如图3-1、3-2所示。
　　为避免外界光线对接收二极管的干扰导致计数差错，本系统给发射管加入38KHz的载波，把需要发射的高电平信号通过该载波发射，接收端的一体化红外接收头将收到的调制信号解调后再输出原始信号。　　

 　　1.2双向人流计数功能的实现
　　利用两对间隔0.5米的红外发射接收对管实现双向人流统计数，如图3-3。　　

　　双向计数原理如图3-4所示，当人进入门禁时，必定先遮挡(切割)1号红外接收对管，随后遮挡(切割)2号红外接收对管。即切割次序为1→2时，单片机产生一个正向通过标志位，并向PC机发送字符“0”。反之，当人走出门禁，其遮挡(切割)红外接收对管的秩序必然是2→1，单片机随即产生一个逆向通过标志位，并向PC机发送字符“1”。
　　当无人通过时，1、2号接收头输出均为低电平，为此，本系统的防差错计数机制是：当1号接收头产生一个高电平脉冲或持续高电平时，单片机产生一个正向标志位，定时器启动并计时，如果10s后2号接收头没有产生高电平脉冲，即表示无人通过门禁，则定时器、正向标志位同时清零。反之，若10s内2号接收头产生一个高电平脉冲或持续高电平，单片机产生一个正向通过标志位，随之向PC机发送字符“0”，同时定时器、正向标志位清零。
　　两个通道的双向人流计数需要4对红外发射接收对管来实现。
　　1.3系统计数流程图　　

　　1.4 系统接线方式
　　图书馆人流统计系统的单片机主板置于PC旁，主板上设有MAX232串口通讯芯片，通过HL-230串口至USB转换线连接至PC机实现串口通信，同时双通道门禁需要4个发射头，4个接收一体头。具体安装方式如图3-6所示。　　

　　为便于安装调试，门禁端4个发射头分为两组背向发射，都集中在双通道门禁中央，布线8根至主板端(每个发射头需要一路输入端，由于红外发射需要38KHz调制，故使用555时基电路产生38KHz载波，555的输出即是每个发射头的输入端，发射头另一端都连到主板的GND)这样就有4路输入端和4路GND，将这8根线通过网线传输，在主板将8根线统一次序封装在RJ-45网线水晶头内。
　　由于发射头都集中在中央，接收头须两两分组置于双通道门禁两侧，每侧布线4根。每侧接收端的2个接收头(每个接收头各需要一路VCC、GND和输出端)，每侧只有4根布线，故将两个接收头共用同一路VCC与GND，两侧共8根线通过网线传输，在主板端将8根线统一次序封装在RJ-45网线水晶头内。
　　主板设有两个标准网线接口，一是用来连接发射水晶头，另一个连接收水晶头，如图3-7。　　

　　2.软件设计
　　2.1软件工作原理及特色
　　①精确匹配的串口通信
　　要使单片机和计算机软件通过串口进行连接，这就涉及到计算机的串口通信问题。软件里需要增加合适的波特率、校验位，数据格式和停止位波特率设置为9600bit/s,无校验，8位数据格式，1位停止位;通信时还要设置它返回接收缓冲区(In/Out Buffer Size)的大小，根据实际情况将其设置为1.
　　②防断电的工作机制
　　考虑到突然断电的情况，计算机软件将进行所有的数据处理，并及时写入数据库，而单片机部分只负责传送代表进、出馆的1和0。所有数据及时处理并保存，系统重启后能立即回复断电前状态而没有数据丢失。
　　③一劳永逸的设置机制
　　该客户端软件不但能访问远程的网络数据库，而且本地也有配置数据库，只要用户在第一次使用前正确配置串口端口号和数据库地址，下次就可不用配置而直接使用本软件客户端。软件工作目录下的config文件，可用来保存用户最后一次的正确配置。该软件设置画面能对其进行配置，极大地方便了用户的操作。
　　④直观的数据图表
　　软件连接数据库并由代码绑定，能将所有历史数据显示出来。但在一定日期区间中进行筛选时，必先用语句将指定日期格式化后，再通过WHERE语句从数据库中进行选择。筛选出用户所须的数据后，调用EXCEL的类控件，然后使用CopyFromRecordset语句从主窗体中导出数据，并加载到预设的EXCEL表格中，随后就能将其按照指定的格式导出到预设的目录中。
　　制作图表的功能是现在窗体中构建自适应的网格，然后读取用户选择的日期区间中的数据。随后用For循环将其逐个画在网格上，网格的最大值能随数据的值而改变，不会出现溢出的现象。
　　⑤ 智能的数据写入
　　无论是数据库写入，还是导出EXCEL，当天的条目和源文件都不一定存在。本软件能读取系统当日日期，并在数据库中查找，若无对应条目，则自动新建一个，否则将原数据更新，导出EXCEL时同理。
　　2.2软件运行流程　　

　　作品特色

　　一.先进性
　　1.红外光电增强：改进的对射式红外开关传感器，能有效抗日光等干扰。
　　2.掉电保护：所有数据及时处理并保存，系统重启后能立即回复断电前状态而没有数据丢失。
　　3.纠错技术：采用有效的防差错计数机制，避免白光干扰等导致的错误计数。

　　二.实用性
　　1.适用范围广泛：可用于所有需进行人流统计的场合或工业传送带计数，改装后还可实现零件加工工艺检测警报、液位检测等。
　　2.工作稳定省电：供电电压5-36V，工作电流300mA。有效检测距离5米，较普通红外性能更加稳定。
　　3.安装便捷绿色：通过封装成安装包，可集成驱动安装并自动生成快捷方式，卸载无残留，完全绿色。
　　4.按需图表生成：将历史数据按要求导出并制作多格式的图表。

　　三.创新性
　　1.网络功能：通过网络在多个客户端应用，支持远程数据获取和处理。
　　2.双向可辨计数：利用两对传感器红外光切割顺序来判断人员进出，计数精度高。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2650