【基于單片機(jī)的景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試研究10000字（論文）】

-PAGEIV-基于單片機(jī)的景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試研究摘要近幾年景區(qū)的發(fā)展日新月異，每年的旅游人數(shù)不斷增加，景區(qū)內(nèi)人山人海，熙熙攘攘。隨著景區(qū)人數(shù)的增加，人員擁擠的踩踏危險(xiǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞等等問題日益顯現(xiàn)。隨著旅游消費(fèi)者的需求不斷提升人們更希望方便快捷的進(jìn)出景區(qū)。當(dāng)前新冠疫情席卷全球，常態(tài)化疫情防護(hù)下景區(qū)不僅僅要實(shí)行限制人流量還要對(duì)游客進(jìn)行測(cè)溫進(jìn)出。單片機(jī)因?yàn)槭褂梅奖銉r(jià)格低廉等特點(diǎn)已經(jīng)滲透到了生活各方面，因此本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控器。本設(shè)計(jì)將單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)運(yùn)用到景區(qū)的人數(shù)監(jiān)控中，形成使用方便、高效、安全的景區(qū)智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過紅外測(cè)溫電路、人體紅外檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、語音播報(bào)電路、液晶顯示電路和通信電路等，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入景區(qū)體溫測(cè)量，景區(qū)大屏幕實(shí)時(shí)顯示景區(qū)人數(shù)變化，游客進(jìn)出語音播報(bào)，可以通過手機(jī)設(shè)置景區(qū)人數(shù)上限的景區(qū)人流量監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)模式進(jìn)出景區(qū)帶來的人流量擁擠等等問題，此系統(tǒng)不是只能應(yīng)用在景區(qū)，也可以應(yīng)用在商場(chǎng)，廣場(chǎng)，停車場(chǎng)等大型人流量密集需要限流的場(chǎng)所。而且此系統(tǒng)有很好的拓展性，可以根據(jù)需要的功能個(gè)性化定制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；人流量監(jiān)控目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1選題來源及研究背景及意義 11.2目前研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) 21.3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 22硬件設(shè)計(jì) 42.1系統(tǒng)總框圖 42.2硬件部分設(shè)計(jì) 42.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.2.2主要硬件模塊 63軟件部分設(shè)計(jì) 143.1程序設(shè)計(jì) 143.2液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 163.3紅外檢測(cè)信號(hào)采集子程序設(shè)計(jì) 173.4顯示子程序設(shè)計(jì) 183.5通信子程序設(shè)計(jì) 194系統(tǒng)模型搭建與調(diào)試分析 214.1系統(tǒng)仿真模型電路搭建 214.1.1Keil軟件介紹 214.1.2Proteus軟件介紹 214.1.3系統(tǒng)電路圖 224.2硬件實(shí)物模型搭建 224.3實(shí)物調(diào)試結(jié)果分析 235結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29 1緒論1.1選題來源及研究背景及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷進(jìn)步，旅行產(chǎn)業(yè)開展疾速。旅游行業(yè)也逐步向智慧旅行方向去發(fā)展，因此景區(qū)客流統(tǒng)計(jì)的計(jì)劃作為景區(qū)的一項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，不僅僅可以為景區(qū)統(tǒng)計(jì)游客的人數(shù)，還可以防止景區(qū)游客人數(shù)過多而影響游覽的體驗(yàn)，保證景區(qū)游客安全，也能實(shí)時(shí)的去統(tǒng)計(jì)景區(qū)在各個(gè)時(shí)間段的客流量的實(shí)時(shí)變化情況，隨著科技的進(jìn)步，特別是中國(guó)領(lǐng)先世界的5G發(fā)展。中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入萬物互聯(lián)的時(shí)代。萬物都在智能化，智慧化。當(dāng)然景區(qū)也要走向智慧景區(qū)。在促進(jìn)我國(guó)景區(qū)實(shí)現(xiàn)智能旅行，實(shí)現(xiàn)景區(qū)資源合理分配，提高景區(qū)的服務(wù)質(zhì)量，保證游客體驗(yàn)與安全等方面都具有非常重要的意義。根據(jù)2019年我國(guó)的旅游數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前旅游人數(shù)已經(jīng)突破60億人次。景區(qū)面臨人滿為患，安全事件也時(shí)有發(fā)生。中國(guó)是旅游業(yè)大國(guó)，近幾年旅游行業(yè)的發(fā)展如火如潮，大家都發(fā)現(xiàn)，如此龐大而且持續(xù)增長(zhǎng)的客流量讓景區(qū)面臨很多問題，古建筑保護(hù)，文物保護(hù)，以及游客安全這方面，都承受了巨大的壓力。旅游確實(shí)能帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是景區(qū)的人滿為患給環(huán)境帶來了太多不可恢復(fù)的破環(huán)，人擠人的踩踏事件也時(shí)有發(fā)生。安全隱患太大了。因此控制景區(qū)的人流量的方案必須實(shí)施。最近幾年，一些地方的熱門景區(qū)已經(jīng)開始嘗試通過各種舉措來限制客流量，合理的來引導(dǎo)客流，取得了非常良好的效果。限流對(duì)景區(qū)和游客來說都是一種保護(hù)，在保護(hù)和開放之間尋找到平衡點(diǎn)，是旅游行業(yè)急需要思考的問題。2020新冠疫情席卷全球。在我國(guó)人民的共同努力之下，我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，景區(qū)也在慢慢的開放，但是最近個(gè)別的景區(qū)在恢復(fù)開放期間，沒有對(duì)游客出游熱情進(jìn)行提前預(yù)估，導(dǎo)致防控應(yīng)對(duì)的力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一些地方發(fā)生了大批的游客集聚擁擠現(xiàn)象，無形中帶來了安全隱患，同時(shí)也增加了疫情傳播的風(fēng)險(xiǎn)。而且本土散發(fā)病例還時(shí)常發(fā)生，因此不僅對(duì)景區(qū)的人數(shù)控制要求更加嚴(yán)格。而且對(duì)游客的身體健康也要掌握，測(cè)溫成了進(jìn)入景區(qū)以及其他公共場(chǎng)所的基本要求。怎么讓游客盡可能的不聚集高效，安全，快速的進(jìn)出景區(qū)成為本文的研究目標(biāo)。在這個(gè)特殊時(shí)期，景區(qū)怎樣在游客的旅行需求和安全游覽之間找到一個(gè)合理的、平衡的方案，怎樣在保障景區(qū)游客出行安全的前提下滿足人們的旅行需求，對(duì)景區(qū)管理者的水平和智慧是一種考驗(yàn)。論文選題雖然是應(yīng)用于景區(qū)的人流量統(tǒng)計(jì)與監(jiān)控。該研究也可以應(yīng)用于包括廣場(chǎng)，十字路口，商業(yè)街，公司門口，小區(qū)，學(xué)校等人流量較大的公共活動(dòng)場(chǎng)所。特別是2020年突然其來的新冠疫情席卷全球，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入疫情常態(tài)化防護(hù)階段，景區(qū)已經(jīng)基本開放，因此加入測(cè)溫系統(tǒng)的景區(qū)人數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)更有必要，研究應(yīng)用范圍非常廣，應(yīng)用價(jià)值很大。1.2目前研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)目前，我國(guó)比較熱門的景區(qū)都已經(jīng)采取了限流措施，基本上都安裝了景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)。但各景區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)方法多種多樣。現(xiàn)階段主要有視頻監(jiān)控法、景區(qū)閘機(jī)法、基站分析等統(tǒng)計(jì)方式。這些方式在我國(guó)各大景區(qū)的應(yīng)用程度不同，每種方式都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些限制因素。基站分析法是現(xiàn)在階段很流行的手段，目前，通過這種方式計(jì)算景區(qū)客流在國(guó)內(nèi)外都處于領(lǐng)先地位。三大電信運(yùn)營(yíng)商都發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，利用高密度、深度覆蓋的通信基站以及運(yùn)營(yíng)商的眾多手機(jī)用戶，采用目前信令檢測(cè)分析的技術(shù)，可以實(shí)時(shí)的獲取景區(qū)客流量。因?yàn)槟承┭芯砍^1小時(shí)，其數(shù)據(jù)就失去了參考意義，但采用此方法計(jì)算一次大約需要半小時(shí)，準(zhǔn)確率比較高，較全面地保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性、有效性。視頻監(jiān)控統(tǒng)計(jì)客流也是應(yīng)用非常早的一種方法了，視頻監(jiān)控法的技術(shù)比較成熟了。視頻客流統(tǒng)計(jì)時(shí)，當(dāng)游客進(jìn)入景區(qū)通過攝像頭可以掃描識(shí)別的有效區(qū)域內(nèi)，通過對(duì)人體頭部、軀干、肩部或者人臉等人體主要部門的輪廓信息來區(qū)分開人與物體，此方法具有非常高的識(shí)別精度，對(duì)出現(xiàn)的客流進(jìn)行分析計(jì)算進(jìn)出景區(qū)的人數(shù)的準(zhǔn)確率較高。景區(qū)的閘機(jī)統(tǒng)計(jì)法也是一種非常精確的統(tǒng)計(jì)客流量的方式。通過閘機(jī)上安裝計(jì)數(shù)器來監(jiān)測(cè)，計(jì)數(shù)器已經(jīng)有著非常悠久的歷史，從發(fā)明以來計(jì)數(shù)器在不斷地發(fā)展，目前，各種各樣功能與外形的計(jì)數(shù)器已經(jīng)在市場(chǎng)上大量出現(xiàn)，其功能也不僅僅只是計(jì)數(shù)，更多的功能也在拓展。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在。價(jià)格低廉，使用方便的特點(diǎn)得到更多人的青睞，前兩種方式昂貴技術(shù)要求高.因此人數(shù)統(tǒng)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)向單片機(jī)技術(shù)發(fā)展，隨著紅外線統(tǒng)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。它目前可以實(shí)現(xiàn)非常遠(yuǎn)的距離，使用也更加方便。就是我們通過用紅外線掃描的方式來統(tǒng)計(jì)景區(qū)人數(shù)，這是比較精確的方法，如果有需要是可以增加人臉識(shí)別功能的。而且紅外計(jì)數(shù)器的信號(hào)檢測(cè)頭是采用紅外發(fā)射接收管來實(shí)現(xiàn)的，其紅外接收管有很多優(yōu)勢(shì)，比如抗干擾性非常好，而且價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，操作非常方便等特點(diǎn)讓我們不得不選擇此方式。1.3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)此系統(tǒng)要達(dá)到的功能是：當(dāng)游客從景區(qū)進(jìn)口進(jìn)入景區(qū)時(shí)，先要通過測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量體溫，如體溫異常自動(dòng)報(bào)警，管理人員將游客帶入隔離點(diǎn)，如果體溫正常，游客方可進(jìn)入，景區(qū)進(jìn)口紅外感應(yīng)裝置感應(yīng)到游客計(jì)數(shù)器加一并通過顯示模塊顯示出當(dāng)前景區(qū)人數(shù)情況。如果超過景區(qū)允許的人數(shù)上限，自動(dòng)報(bào)警，并且語音播報(bào)：人數(shù)已滿，禁止進(jìn)入。如果人數(shù)未滿，顯示器顯示當(dāng)前人數(shù)，及可進(jìn)人數(shù)，通過控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)開門，游客可進(jìn)入，游客出景區(qū)時(shí)方式一樣。此系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展性，比如管理人員根據(jù)當(dāng)前的疫情政策可以通過手機(jī)與上位機(jī)通信連接來調(diào)整人數(shù)上限。單片機(jī)的強(qiáng)大之處就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。與計(jì)算機(jī)相比就是缺少了I/O設(shè)備而已。而且單片機(jī)具有非常多的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。比如功耗低、體積小、擴(kuò)展靈活、控制功能很強(qiáng)、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。智能時(shí)代單片機(jī)早已滲透到我們生活的方方面面，你甚至很難發(fā)現(xiàn)哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)。單片機(jī)的蹤跡在各個(gè)領(lǐng)域都有涉及。因此使用單片機(jī)不僅可以高效、方便的應(yīng)用到各種智能電子設(shè)備中，也是入門計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理的不錯(cuò)選擇。目前單片機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、通信設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、智能儀表等等。因此選擇單片機(jī)為主控制器，結(jié)合通信技術(shù)，傳感器技術(shù)運(yùn)用到景區(qū)的人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)上來。形成使用方便、高效、安全的景區(qū)智能監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要單片機(jī)為主控制器和各種電路各種模塊結(jié)合起來。此設(shè)計(jì)主要包括六大電路：紅外測(cè)溫電路、進(jìn)出口的紅外檢測(cè)電路、開關(guān)門的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、語音播報(bào)電路、液晶顯示電路、通信電路。通過輸入輸出、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器等等使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來。就是此次設(shè)計(jì)的總架構(gòu)。采用單片機(jī)作為主控機(jī)、通過傳感器進(jìn)行人數(shù)進(jìn)出信號(hào)的采集，一方面完成人數(shù)計(jì)數(shù)、人體溫度檢測(cè)和狀態(tài)顯示，另一方面在人數(shù)超限后關(guān)閉閘門，并實(shí)現(xiàn)語言播報(bào)。同時(shí)管理者可以通過藍(lán)牙模塊，用手機(jī)調(diào)整景區(qū)上限人數(shù)設(shè)置，最終完成對(duì)景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總框圖此設(shè)計(jì)主要包括六大部分：紅外測(cè)溫電路、進(jìn)出口的紅外檢測(cè)電路、開關(guān)門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、語音播報(bào)電路、液晶顯示電路、通信電路。通過輸入輸出、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器、串口等等使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來，就是此次設(shè)計(jì)的總架構(gòu)。系統(tǒng)總框圖如圖2.1所示。液晶模塊液晶模塊語音模塊紅外檢測(cè)電路單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路手機(jī)輸入輸出紅外測(cè)溫電路通信模塊圖2.1系統(tǒng)總框圖2.2硬件部分設(shè)計(jì)2.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，就是要能夠保證單片機(jī)的正常運(yùn)行，最少需要而且必須需要有的元器件所組成的一個(gè)小系統(tǒng)。給單片機(jī)的最小系統(tǒng)初始化上電之后，單片機(jī)就可以正常的復(fù)位和下載程序了。本設(shè)計(jì)使用STM32F407型號(hào)的單片機(jī)，這款單片機(jī)是2011年期間ST公司推出的基于CortexM4內(nèi)核的STM32F4一系列的產(chǎn)品。STM32F4與STM32F1相比有更先進(jìn)的內(nèi)核，更多的資源，增強(qiáng)了外設(shè)功能，更低的功耗。該單片機(jī)通信接口多達(dá)15個(gè)，定時(shí)器多達(dá)17個(gè)，3個(gè)SPI,3個(gè)IIC,在嵌入式的微處理器上一般提供了一種“CPIO”,就是通用可編程I/O端口，而且I/O口眾多，使用方便，因此選擇此單片機(jī)。本次使用是STM32f407型號(hào)的單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括一個(gè)復(fù)位電路和一個(gè)時(shí)鐘電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2.2所示。圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路所謂復(fù)位電路，就是使單片機(jī)上電的瞬間，從系統(tǒng)設(shè)置的初始狀態(tài)開始工作，如果上電后不經(jīng)復(fù)位電路，可能因?yàn)槌绦蝈e(cuò)誤不能正常工作。STM32f407的復(fù)位電路如圖2.3所示。圖2.3單片機(jī)復(fù)位電路該單片機(jī)的復(fù)位電路是低電平復(fù)位的，上圖中R24和C48兩個(gè)元器件構(gòu)成了上電復(fù)位電路，可以選擇手動(dòng)復(fù)位，如上圖按下RESET按鍵時(shí)，RESET和地連通，因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)位。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是由晶振和一個(gè)起振電容組成，STM32f407的晶振電路如圖2.4所示。為了單片機(jī)的最小系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)的時(shí)鐘信號(hào)也就是晶振的作用，保證晶振輸出的震蕩頻率更加穩(wěn)定這就是圖中電容的作用了。圖2.4單片機(jī)的晶振電路2.2.2主要硬件模塊為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用了傳感器技術(shù)，主要有紅外測(cè)溫模塊、紅外感應(yīng)模塊、OLED屏、步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)模塊、HC-08藍(lán)牙模塊、語音模塊等多種硬件模塊結(jié)合在一起。1、紅外測(cè)溫模塊本系統(tǒng)采用MLX90614紅外測(cè)溫模塊，負(fù)責(zé)在進(jìn)口檢測(cè)游客體溫，用A/D轉(zhuǎn)換的技術(shù)將數(shù)據(jù)輸入給單片機(jī)，并通過液晶顯示屏顯示出來。模塊外形如圖2.5所示。從圖可以看出MLX90614是一種非接觸的紅外溫度計(jì)，它與接觸式的溫度計(jì)相比是不會(huì)干擾我們測(cè)量對(duì)象的溫度場(chǎng)的而且測(cè)量范圍廣、精度高、響應(yīng)速度快，尤其是最近幾年在軍事、航空、醫(yī)療等各方面的應(yīng)用是越來越廣泛。TO-39金屬封裝在里面同時(shí)集成了紅外感應(yīng)熱電堆探測(cè)器芯片和信號(hào)處理專用集成芯片MLX90302,專門用于處理紅外傳感器輸出信號(hào)。圖2.5MLX90614紅外測(cè)溫模塊外形MLX90614在室溫下的標(biāo)準(zhǔn)精度可以達(dá)到±0.5℃，甚至更精確。該模塊出廠時(shí)的校準(zhǔn)范圍非常廣目標(biāo)溫度可以達(dá)到-70℃--380℃。可采用數(shù)字輸入輸出。該模塊一共四個(gè)引腳一個(gè)電源正一個(gè)電源負(fù)，一個(gè)串行時(shí)鐘輸入引腳（SCL），一個(gè)數(shù)字輸入輸出引腳（SDA）,本設(shè)計(jì)中SCL引腳接單片機(jī)的PF6引腳，SDA接單片機(jī)的PF7引腳。該模塊與單片機(jī)連接圖如圖2.6所示。圖2.6測(cè)溫模塊與單片機(jī)連接圖2、紅外檢測(cè)模塊紅外檢測(cè)電路主要用于景區(qū)進(jìn)出口來檢測(cè)是否有游客進(jìn)出，如果感應(yīng)到有游客進(jìn)出將向單片機(jī)傳輸一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)判斷后輸出，用顯示屏顯示出來游客人數(shù)。該模塊反射距離可以達(dá)到30CM,紅外檢測(cè)傳感器模塊對(duì)周圍環(huán)境光線的適應(yīng)能力很強(qiáng)，它擁有一個(gè)紅外線發(fā)射管和一個(gè)紅外線接收管，紅外線發(fā)射管不斷的發(fā)射出來一定頻率的紅外線，每當(dāng)需要檢測(cè)的方向遇到障礙物時(shí)即擁有了反射面，紅外線就會(huì)反射回來，反射回來之后就會(huì)被接收管接收，接收后比較器電路經(jīng)過處理之后，紅色色指示燈會(huì)亮起，這時(shí)信號(hào)輸出接口會(huì)輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)即一個(gè)低電平的信號(hào)，該模塊有一個(gè)電位器旋鈕，該旋鈕可用來調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效的距離范圍是2-30厘米，該模塊的工作電壓為3-5v。該傳感器具有便于裝配、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于避障小車、機(jī)器人避障、流水線的計(jì)數(shù)、黑白線循跡等眾多場(chǎng)所。紅外檢測(cè)模塊外形如圖2.7所示。圖2.7紅外檢測(cè)模塊如上圖，該模塊有一個(gè)電位調(diào)節(jié)器，通過電位器可以調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，電位器逆時(shí)針調(diào)，檢測(cè)距離減少；電位器順時(shí)針調(diào)，檢測(cè)距離會(huì)增加。上電之后傳感器是主動(dòng)發(fā)射紅外線反射探測(cè)的，因此探測(cè)距離的關(guān)鍵是目標(biāo)的形狀和反射率。其中白色比黑色探測(cè)距離大；大面積物體比小面積物體探測(cè)距離大。該傳感器采用LM393為比較器,該比較器工作穩(wěn)定；本設(shè)計(jì)采用5V直流電源對(duì)該模塊進(jìn)行供電。當(dāng)電源接通時(shí)，電源指示燈會(huì)被點(diǎn)亮即上電成功。傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機(jī)IO口連接即可，景區(qū)進(jìn)口傳感器與PF9引腳相連，出口與PF10引腳相連，其連接圖如圖2.8所示。圖2.8紅外檢測(cè)傳感器與單片機(jī)連接圖3、顯示模塊電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用OLED顯示屏用來顯示游客測(cè)量的體溫、景區(qū)游客實(shí)時(shí)數(shù)量、目前可進(jìn)人數(shù)、景區(qū)人數(shù)上限等等。因?yàn)镺LED不需要背光的特性正在逐步取代需要背光的LCD,除了不需要背光，還有反應(yīng)速度特別快、對(duì)比度高、厚度薄、構(gòu)造及制程都很簡(jiǎn)單等等優(yōu)點(diǎn)，被眾多用戶認(rèn)為是下一代的平面顯示器，是一種新興的應(yīng)用技術(shù)。其OLED顯示模塊外形如圖2.9所示。雖然屏幕看上去尺寸小，但是分辨率可以達(dá)到128*64個(gè)點(diǎn)陣面板。既可以顯示字符也可以顯示漢字。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)顯示內(nèi)容較多所以只設(shè)置顯示字符和數(shù)字，設(shè)置為四行顯示。圖2.9OLED顯示模塊SPI串行通信接口是一種全雙工，同步，高速的通信總線。其方式工作模式簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)的傳輸速率非常快，因此本設(shè)計(jì)采用SPI通信方式進(jìn)行電路連接，如上圖電路引腳從左到右依次連接方式為：GND接地也就是電源負(fù);VDD接3.3V電源正;SCK(D0)接單片機(jī)的IO，作為SPI總線的CLK時(shí)鐘引腳，時(shí)鐘引腳SDK(D1)也要接單片機(jī)的IO，本設(shè)計(jì)中D0和D1接單片機(jī)PD6和PD7這兩個(gè)引腳。作為SPI總線的MOSI數(shù)據(jù)引腳，數(shù)據(jù)輸入;RES接單片機(jī)IO,這里接PD4引腳;D/C接單片機(jī)IO，接單片機(jī)的PD5引腳。其中高電平為寫數(shù)據(jù)，低電平為寫命令;最右邊的CS腳為片選，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只用到一個(gè)OLED屏，因此這個(gè)引腳接地不連接單片機(jī)IO，選中SSD1306。其與單片機(jī)連接圖如圖2.10所示。圖2.10OLED屏與單片機(jī)連接圖4、語言播報(bào)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)用到語音模塊當(dāng)游客進(jìn)入時(shí)，語音播報(bào)：歡迎光臨。當(dāng)人數(shù)超過景區(qū)上限或者游客體溫異常，語音報(bào)警：禁止進(jìn)入。本設(shè)計(jì)的語音播報(bào)系統(tǒng)采用MY1680-12P模塊，其是深圳市的一家小公司自主研發(fā)的一款集成的MP3語音模塊。該模塊的主控芯片是采用MY1680U-16SMP3這個(gè)芯片，支持WAV、MP3格式雙解碼，其模擬了U盤下載功能。其內(nèi)置了FLASH存儲(chǔ)芯片，根據(jù)需求多種容量可選，你也可根據(jù)需要外接USB數(shù)據(jù)線連接電腦進(jìn)行FLASH音頻文件的更換。該模塊可以直接驅(qū)動(dòng)3W的喇叭，為使用提供了更方便的操作。該模塊與喇叭如圖2.11所示。該模塊輸入電壓：3.4V-5.5V；功放功率接3W/4歐姆或者1W/8歐喇叭；工作溫度范圍廣可達(dá)到零下40攝氏度到70攝氏度；濕度10%-90%。圖2.11語音模塊與喇叭語音模塊的SPK2,SPK與喇叭相連，RX,TX引腳與單片機(jī)相連，連接圖如下圖2.12所示。圖2.12語音模塊與單片機(jī)連接圖5、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要用到兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來作為景區(qū)進(jìn)出口開關(guān)門的設(shè)備，本設(shè)計(jì)選擇28BY-48型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)與ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊如圖2.13所示。圖2.13步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。角位移量通過控制脈沖個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，速度和加速度通過控制脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)。采用ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，ULN2003可以用來驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載，因?yàn)榇诵酒ぷ麟妷焊撸娏髟鲆娓摺囟确秶鷮挕ж?fù)載能力強(qiáng)。7個(gè)輸入引腳可以直接用TTL電平控制，7個(gè)輸出端用來接驅(qū)動(dòng)電路。COM引腳接VCC,作為驅(qū)動(dòng)電流。其與步進(jìn)電機(jī)連接圖如圖2.14所示。圖2.14驅(qū)動(dòng)芯片與步進(jìn)電機(jī)連接圖6、通信電路設(shè)計(jì)本文通信模塊用于單片機(jī)和手機(jī)的信息傳輸，景區(qū)管理人員可以根據(jù)當(dāng)天情況，比如疫情情況，天氣情況，通過手機(jī)連接設(shè)置景區(qū)的人數(shù)上限，或者根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況隨時(shí)修改人數(shù)上限。此設(shè)計(jì)的通信模塊采用HC-08藍(lán)牙串口通信模塊，該模塊是基于新一代的藍(lán)牙協(xié)議。模塊的大小并不大但在比較空曠的條件下可以達(dá)到80米超遠(yuǎn)距離通信。此模塊的工作電壓僅需2.0—3.6V，其內(nèi)置PCB天線，工作頻段在2.4G,空中速率可以達(dá)到1Mbps。其主要參數(shù)如表2.1所示。表2.1藍(lán)牙模塊主要參數(shù)模塊尺寸僅26.9*13mm,將其嵌入到系統(tǒng)內(nèi)非常方便，自帶的LED指示燈，可以很清楚的知道通信模塊的連接狀態(tài)，常亮表示連接成功，閃爍表示等待連接。此模塊還支持AT指令，因此就可以自定義設(shè)備名稱，更改波特率，同時(shí)使用兩個(gè)通信模塊時(shí)可以更改主、從模式，使用特別靈活。根據(jù)原理可以得出此模塊與單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳連接如表2.2所示。表2.2模塊與單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳綜上選擇此藍(lán)牙模塊作為本設(shè)計(jì)連接單片機(jī)與手機(jī)的通信模塊。該模塊與單片機(jī)手機(jī)連接圖如圖2.15所示。圖2.15藍(lán)牙模塊與單片機(jī)與手機(jī)連接

3軟件部分設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要采用軟硬件結(jié)合，軟件設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)編程。本設(shè)計(jì)是在Keil環(huán)境下直接對(duì)寄存器進(jìn)行編程的，編譯完成后燒錄到單片機(jī)。進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)分析時(shí)，第一步需要我們把這個(gè)設(shè)計(jì)所有需要實(shí)現(xiàn)的功能逐條列出，第二要將每個(gè)功能模塊進(jìn)行分類，接口引腳進(jìn)行定義，將數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都規(guī)劃好，最后是用軟件實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能模塊的。3.1程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要通過編寫程序控制單片機(jī)和傳感器在景區(qū)進(jìn)出口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)景區(qū)進(jìn)出口傳感器觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器加一或者減一，單片機(jī)收集數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析當(dāng)前人數(shù)情況是否達(dá)到人數(shù)上限，人數(shù)未滿時(shí)輸出或在OLED屏上顯示出來，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)門并且控制語音播報(bào)歡迎光臨，人數(shù)滿時(shí)語音播報(bào)人數(shù)已滿停止進(jìn)入。由于疫情影響在景區(qū)進(jìn)口加入測(cè)溫程序，體溫通過顯示屏顯示出來，體溫異常時(shí)通過語音播報(bào)體溫異常停止進(jìn)入。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)主程序流程圖3.2液晶顯示子程序設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)了通過液晶顯示模塊對(duì)采集并需要展現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示出來。在本設(shè)計(jì)中采用的是OLED液晶顯示模塊來顯示游客進(jìn)入前測(cè)量的體溫?cái)?shù)據(jù)，和景區(qū)內(nèi)人數(shù)情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為了使得該模塊實(shí)現(xiàn)需要的功能，本設(shè)計(jì)編寫了液晶顯示的初始化和讀寫操作，初始化流程圖如下圖3.2所示：圖3.2OLED初始化流程圖本設(shè)計(jì)為了OLED可以正常顯示所需要的內(nèi)容，首先本文設(shè)置了STM32F407單片機(jī)與OLED模塊需要連接的IO口。執(zhí)行這個(gè)操作需要我們將相對(duì)應(yīng)的IO口設(shè)置為輸出模式，本設(shè)計(jì)使用的IO口是PD3-PD7幾個(gè)引腳。第二步進(jìn)行OLED模塊的初始化。這就是上圖3.2流程圖中初始化的內(nèi)容，通過初始化OLED相關(guān)的寄存器來啟動(dòng)OLED的顯示，所謂初始化就是設(shè)置相應(yīng)的寄存器、復(fù)位SSD1306、開啟顯示等等主要程序設(shè)置見圖3.3下面代碼及注釋分析。最后一步用函數(shù)將數(shù)字和字符顯示到OLED模塊上。其實(shí)就是通過我們?cè)O(shè)計(jì)的程序，將要顯示的字符送到OLED模塊就可以了通過以上幾個(gè)步驟，我們就能成功使用OLED模塊來顯示所需要顯示的數(shù)字、字母、圖像等等。圖3.3OLED初始化代碼及注釋3.3紅外檢測(cè)信號(hào)采集子程序設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)傳感器初始化設(shè)置完成工作以后，每當(dāng)有一個(gè)游客從景區(qū)入口進(jìn)入景區(qū)則計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，每當(dāng)有一個(gè)游客從景區(qū)出口離開景區(qū)則計(jì)數(shù)器進(jìn)行減一計(jì)數(shù)，匯總到單片機(jī)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷和顯示。其數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3.4所示。圖3.4數(shù)據(jù)采集流程圖3.4顯示子程序設(shè)計(jì)景區(qū)進(jìn)口進(jìn)行體溫?cái)?shù)據(jù)采集以及進(jìn)出口的紅外傳感器采集到數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)采集并處理完數(shù)據(jù)后，通過OLED顯示屏進(jìn)行景區(qū)的人數(shù)實(shí)時(shí)顯示以及游客的體溫?cái)?shù)據(jù)顯示。顯示子程序流程圖如圖3.5所示。圖3.5顯示子程序流程圖3.5通信子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中用到了HC-08藍(lán)牙模塊，用于手機(jī)與單片機(jī)的無線通信，手機(jī)端APP發(fā)出命令，通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)通信對(duì)景區(qū)人數(shù)上限進(jìn)行設(shè)置，并通過屏幕顯示出來。通信子程序流程圖如圖3.6所示。圖3.6通信子程序流程圖HC-08藍(lán)牙模塊的全部功能都是通過AT指令集控制。首先將單片機(jī)與藍(lán)牙模塊相連的引腳初始化，再初始化串口，波特率設(shè)置為9600。其初始化命令設(shè)置代碼及響應(yīng)的注釋如圖3.7所示。圖3.7藍(lán)牙模塊初始化代碼

4系統(tǒng)模型搭建與調(diào)試分析4.1系統(tǒng)仿真模型電路搭建4.1.1Keil軟件介紹本設(shè)計(jì)采用Keil軟件開發(fā)。Keil是現(xiàn)在比較流行的單片機(jī)方向的開發(fā)工具，同時(shí)具有開發(fā)環(huán)境和調(diào)試器和編譯器并且具有豐富的組件。調(diào)試編譯完成后，可燒錄進(jìn)單片機(jī)開始運(yùn)行程序。其Keil界面以及調(diào)試結(jié)果如圖4.1所示。下面倒數(shù)第二行顯示零個(gè)錯(cuò)誤，零個(gè)警告代表編譯成功。圖4.1keil軟件開發(fā)編譯界面4.1.2Proteus軟件介紹Proteus是一款非常強(qiáng)大的電路仿真軟件，這款仿真軟件不僅僅具有其它EDA軟件的仿真功能，還可以仿真處理器，也可以仿真數(shù)字和模擬混合電路。其提供了豐富的元件庫和超過8000多種的數(shù)字和模擬元器件。隨著電子行業(yè)的發(fā)展，Proteus在持續(xù)的跟新添加新的元件庫。其功能如此強(qiáng)大，本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇Proteus搭建系統(tǒng)仿真模型電路。4.1.3系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)電路圖如圖4.2所示，中間是主控制器STM32f407單片機(jī)。兩邊是所需要的六大外設(shè)部分，進(jìn)出口紅外檢測(cè)部分、測(cè)溫部分、通信部分、語音播報(bào)部分、顯示部分、進(jìn)出口步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。圖4.2系統(tǒng)電路圖4.2硬件實(shí)物模型搭建景區(qū)系統(tǒng)模型搭建如圖4.3所示，一個(gè)進(jìn)口一個(gè)出口，進(jìn)口放置了測(cè)溫模塊，進(jìn)出口分別放置了紅外檢測(cè)設(shè)備，和步進(jìn)電機(jī)用來開關(guān)門設(shè)備。單片機(jī)最小系統(tǒng)板放置在上面，其與其他模塊連接圖如圖4.4所示。圖4.3系統(tǒng)模型圖4.4單片機(jī)最小系統(tǒng)板與其他模塊連接圖4.3實(shí)物調(diào)試結(jié)果分析當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)顯示初始化數(shù)據(jù)，如圖4.5OLED屏顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，第一行黃色字體顯示景區(qū)名字:XXPark,第二行顯示現(xiàn)在的人數(shù)55人，第三行顯示景區(qū)人數(shù)上限60人，第三行顯示游客體溫，其數(shù)據(jù)根據(jù)情況會(huì)實(shí)時(shí)變化的。圖4.5上電后初始顯示當(dāng)游客在進(jìn)口進(jìn)入，需要通過體溫測(cè)量系統(tǒng)，手腕測(cè)溫，測(cè)量體溫時(shí)OLED屏第三行體溫?cái)?shù)據(jù)顯示37.21。如圖4.6所示。圖4.6游客測(cè)量體溫當(dāng)游客從景區(qū)進(jìn)口進(jìn)入時(shí)，指示燈亮，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開門，語音播報(bào)：歡迎光臨。之前顯示屏顯示55人，此時(shí)顯示屏顯示當(dāng)前人數(shù)加一為56人，如圖4.7所示。圖4.7當(dāng)游客進(jìn)入時(shí)現(xiàn)象當(dāng)游客游覽完從出口出去時(shí)，紅外感應(yīng)指示燈亮同時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開門，同時(shí)語音播報(bào)歡迎下次再來。之前顯示屏顯示55人，此時(shí)顯示屏的當(dāng)前人數(shù)相應(yīng)減一為54人，如圖4.8所示。圖4.8游客從出口出去現(xiàn)象當(dāng)景區(qū)人數(shù)滿時(shí)即使進(jìn)口感應(yīng)到人，步進(jìn)電機(jī)也不轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示屏上當(dāng)前人數(shù)也不變化，同時(shí)語音播報(bào)：人數(shù)已滿停止進(jìn)入。游客不能進(jìn)入景區(qū)了。景區(qū)人數(shù)滿時(shí)的現(xiàn)象如下圖4.9所示。圖4.9景區(qū)人數(shù)滿時(shí)進(jìn)入情況當(dāng)景區(qū)人數(shù)達(dá)到上限時(shí)，如果還想讓進(jìn)人，景區(qū)管理者此時(shí)可以通過手機(jī)藍(lán)牙助手接收發(fā)送數(shù)據(jù)改變景區(qū)限流上限，比如發(fā)送70，此時(shí)景區(qū)上限人數(shù)就變成了70，同時(shí)顯示屏第三行也會(huì)改變把人數(shù)限制70顯示出來，如圖4.10所示，游客又可以進(jìn)入景區(qū)了。圖4.10改變景區(qū)人數(shù)上限情況

5結(jié)論本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的景區(qū)人數(shù)智能控制系統(tǒng)。通過景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效控制景區(qū)人數(shù)，方便了景區(qū)管理人員的管理，特別是在疫情下，我國(guó)常態(tài)化疫情防控的部署，對(duì)人流量大的場(chǎng)所要求更高，因此本文設(shè)計(jì)也加入了測(cè)溫系統(tǒng)。在景區(qū)人數(shù)達(dá)到上限，或者游客體溫異常情況下，采取禁止進(jìn)入等相應(yīng)措施。利于景區(qū)管理，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入景區(qū)體溫測(cè)量，并通過屏幕實(shí)時(shí)顯示體溫，體溫異常時(shí)語音報(bào)警，游客進(jìn)出景區(qū)時(shí)出入口都設(shè)置好了紅外檢測(cè)，能很好的監(jiān)控景區(qū)的實(shí)時(shí)情況，當(dāng)景區(qū)人數(shù)滿時(shí)，如果再有游客進(jìn)入語音播報(bào)人數(shù)已滿停止進(jìn)入，景區(qū)管理人員可以根據(jù)實(shí)時(shí)情況通過手機(jī)通信更改景區(qū)客流量上限的景區(qū)人數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)所需要的功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。但是受各種條件的限制，系統(tǒng)運(yùn)行起來并不是很穩(wěn)定，需要持續(xù)的改進(jìn)，系統(tǒng)軟件還需要繼續(xù)完善和優(yōu)化，總體而言，本系統(tǒng)實(shí)用性很強(qiáng)，具有很好的拓展性，可以滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)需要，應(yīng)用價(jià)值高。突破了傳統(tǒng)模式，為景區(qū)智能監(jiān)控系統(tǒng)提供了新思路。

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