2018年03月20日 | 基于MSP430F149单片机为核心的展馆人员登记与录入系统设计

    文章主要阐述了一种运用视频图像分析技术进行人员登记与录入系统的设计。通过红外线采集人们入馆和出馆的信号并将其送入单片机MSP430F149中，单片机对信号进行处理统计入馆、出馆人数并在LCD12864液晶显示屏上显示出来，同时对进出馆的人进行拍照并存储。通过人员登记与录入系统可以及时得到馆内准确的人数和照片，有利于博物馆更高效的组织工作，它可与第三方软件系统进行集成，为科学决策提供数据支持。

    人数统计系统在不同的应用场合可以发挥不同的作用。它可以为商场或零售点获取商场内部按不同时段分布的人数统计、人群流动方向等信息，有利于评估商品对于顾客的吸引力，以及评估商场选址是否适当；对于大型建筑，管理者可利用人数统计系统了解人群的行为，评估大楼提供的服务设施是否方便、足够，如座椅、公用电话及卫生设施等，提高建筑设施的利用率、指导建筑物的设计和提高某些场合工作人员的效率，此外还可以对大楼里的客流情况进行监控，以避免人群的拥塞引起的安全隐患。

1 总体设计方案
    针对展览馆设计了该人员登记与录入系统，该系统主要由单片机控制、信号采集、拍照、液晶显示、电源这五部分组成，硬件结构图如图1所示。当有人要进入馆内时由红外装置采集到的信号将送入单片机中，单片机对采集到的信号进行处理，并控制摄像机对入馆的人进行拍照，同时记录入馆时间，然后在液晶屏上显示出在馆人数。当有人从馆内出去时，本系统的工作原理和人馆时一致。

　　本系统可实现的功能有：

　　1)显示在馆人数；

　　2)对出入馆的人拍照；

　　3)当馆内人满时有明显标志，禁止进入；

　　4)记录人们出入馆的时间。

　　采用MSP430系列单片机为控制芯片，信号采集电路使用红外一体管为主要元件，拍照使用摄像头，显示部分用LCD12864液晶显示屏，电源部分使用自制的+5 V稳压电源。与51系列单片机相比，MSP430单片机，处理能力较强，具有便捷的外围电路，具有复位功能。是高速／低功耗／超强抗干扰的新一代单片机，它的中断、定时、及I／O输出远远多于51系列，而且内部集成比较放大器和多路AD，决定了它有很强的扩展性，所以本系统采用MSP430F149单片机作为控制芯片。与压力传感器相比，红外传感器属于非接触式传感器，它自身损耗比压力传感器小的多，具有反映速度快、使用寿命长、便于维护检测等优点。所以在这个环境里我们选择使用红外传感器。

　　2 各硬件模块电路

　　2．1 单片机控制模块

　　MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH的单片机，它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以外扩展存储器，具有统一的中断管理，具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个内部振荡器和两个外部时钟，支持8M的时钟，由于为FLASH型，则可以在线对单片机进行调试和下载，且JTAG口直接和FET的相连，不须另外的仿真工具，方便实用，而且，可以在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，所以本系统采用MSP430F149单片机作为控制芯片。

　　MSP430F149单片机控制电路如图2所示。

2．2 红外感应与通讯模块
    红外发光二极管
    红外发光二极管是采用砷化镓(GaAs)和砷铝化镓(GaAlAs)等半导体材料制成的，它们的外形和普通的发光二极管基本相同，用透明的树脂材料封装。中、大功率的红外发光二极管采用金属或陶瓷材料作底座，用玻璃或树脂透镜作窗口。
    红外接收二极管
    接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏置电压，他才能正常工作获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。
    红外遥控通讯模块
    考虑到本系统可能要安装在较高地方，普通的有线按键就无法满足实际要求了。因此我们选择使用红外遥控式按键控制本系统。
    红外遥控接键人机交互模块包括，硬件红外接收三极管接收部分和单片机软件解码两部分。
    发射部分，是固定的频率的波与要发送的二进制数(高低电平)调制通过红外发射管以光的形式发射出去。
    接收部分，是通过红外接收三极管将调制信号解码还原成发送的二进制数(高低电平)，在通过单片机的特定编制，从而达到多按键遥控控制。
2．3 波形发生模块
    555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。它还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测，组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中。我们采用555集成电路产生38 kHz的方波。

    
    555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图3所示，其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有0和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc)，可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。
2．4 拍照模块
    本系统采用高清的视频头，他可以与PC连接，有可视化监控界面同时通过硬件可以对视频头控制。拍照时可自动储存并打印时间。
2．5 液晶显示模块
    LCD12864概述
    带中文字库的LCD12864是一种具有4位／8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128x64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8x4行16x16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
    基本特性
    1)低电源电压(VDD：+3．0～+5．5 V)。
    2)显示分辨率：128x64点。
    3)内置汉字字库，提供8 192个16x16点阵汉字(简繁体可选)。
    4)内置128个16x8点阵字符。
    5)2MHZ时钟频率。
    6)显示方式：STN、半透、正显。
    7)驱动方式：1／32DUTY，1／SBIAS。
    8)视角方向：6点。
    9)背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1／5-1／10。
    10)通讯方式：串行、并口可选。
    11)内置DC-DC转换电路，无需外加负压。
    12)无需片选信号，简化软件设计。
    13)工作温度：0～+55℃，存储温度：-20～+60℃。
    本系统中LCD12864液晶显示电路如图4所示。

3 软件设计
    该系统程序流程图如图5所示。

4 整机调试
4．1 硬件调试
    硬件调试结果如表1所示。
4．2 软件调试
    软件调试结果如表2所示。

     5 结束语
    文中主要介绍了以MSP430F149单片机为核心的展馆人员登记与录入系统，包括硬件部分及软件部分，实验表明该系统应用反应灵敏、计数准确、效果良好。同时，该系统对需要人员进行登记信息的场合具有一定的参考价值。