隨著現代社會信息化的飛速發展，公共場所人數自動識別在交通、商業、公共安全等領域有著非常重要的實用價值和廣闊的前景。通過對某一區域的人數進行統計，可以方便地對資源進行分配和調度，實現資源的高效利用。例如，對高層建筑電梯外候車人數的檢測，可以根據候車人數與時間的差異，改變電梯的調度策略。統計在公共交通車站等候巴士的人數，調整工作車輛的數目，并監察交通情況。統計公共車輛和其他交通工具上的人數，檢測進出固定區域的人數。

目前，人群人數檢測系統主要包括:采用圖像識別原理的人數檢測系統、采用紅外體感器的人數檢測系統、采用光電開關檢測的人數檢測系統。圖像識別的人數檢測系統選取大量含有人體特征的圖片，利用圖像處理分離器對樣本進行分析，檢測出固定區域圖像中的人數。紅外人體傳感器檢測系統受環境陰影噪聲影響明顯，誤差較大。由于重疊人群的限制和檢測面積小，采用光電開關檢測方式的系統檢測誤差也較大。

超聲波在空氣中傳播不易受到周圍環境的干擾，且衰減速度慢，傳播距離長，還具有易于實現、成本低、可靠性好等優點。目前，超聲波傳感器陣列廣泛應用于障礙物定位、車輛避碰系統和機器人避障系統中。

這些系統不具備測量人數的功能，其結構、測量原理和安裝方式與本系統不同。

1系統總體設計

超聲波傳感器陣號自動檢測系統是基于超聲波測距原理研制的。

該系統主要由微處理器、電源模塊、輸出通信接口模塊、輸出數字接口模塊、按鍵盤模塊、顯示驅動模塊、顯示模塊、超聲波信號放大電路模塊、超聲波發射陣列、超聲波接收陣列、超聲波信號接收與切換陣列、超聲波接收信號處理電路陣列等組成。

2 系統工作原理

超聲波發射陣列組和超聲波接收陣列組安裝在人群上方的區域，超聲波發射陣列組和超聲波接收陣列組與人群所在區域的支撐平面之間的距離為2 ~ 5m。人群上方的區域根據蜂巢劃分為六邊形。六角形區域的中心安裝超聲波發射器和超聲波接收器，兩個超聲波發射器和兩個超聲波接收器之間的間距為200 ~ 400nlm。選擇發散角較小的超聲波傳感器。傳感器離地面越高，就越需要對傳感器進行擴展設備之間的距離。

蜂窩六邊形劃分的意義示意圖如圖2所示。在圖2中，每個六邊形按排列順序編號。按行號將超聲波傳感器陣列分為四組:奇數行奇數列組、偶數行偶數列組、奇數行偶數列組、偶數行奇數列組。系統使用40kh、50kh、60kh或70kh的超聲波接收器和超聲波發射器。

圖2超聲波傳感器劃分示意圖

系統工作時，由微處理器單元產生超聲波電壓信號，超聲波電壓信號持續時間為1雉。超聲波驅動電壓信號經超聲波信號放大電路模塊放大后，再驅動超聲波發射陣列。安裝在上方的超聲波發射陣列發出超聲波信號，超聲波傳感器采用直接反射的檢測方式。超聲波在空氣中傳播，遇到地面或地面上的人，超聲波會被反射。反射的超聲波被超聲波接收器陣列接收并轉換成電信號。不同超聲波接收器陣列中每個超聲波接收器發出的電信號由超聲波開關電路選擇，傳送到超聲波接收信號處理模塊進行信號處理。處理后的超聲波電信號傳送到微處理器單元，微處理器單元自動測量從超聲波發射機傳來的超聲波，使超聲波被超聲波接收器反射和接收。通過軟件計算某一超聲波發射器和超聲波接收器與地面或人在超聲波發射器和超聲波接收器下的距離。

在系統正式運行之前，需要在地面空的情況下保存測量距離。如果在系統運行過程中測量到的距離小于保存的距離，并且超出了設定的范圍，則判斷超聲波發射器和超聲波接收器下面有人。根據測得的每組超聲波發射器和超聲波接收器之間的距離，判斷其下方是否有人，然后將所有超聲波發射器和超聲波接收器下方的人數相加。這個數字乘以一個人口聚集系數，得到該地區的人口總數。人數組合系數一般在系統安裝現場通過實驗標定。實驗表明，根據傳感器離地面高度的不同，人數的綜合系數一般為0。2 - 0。5人的房間。根據超聲波發射器和超聲波接收器的位置確定該地區人口的分布位置。

3 系統軟硬件設計

3.1微處理器

系統的微處理器采用ST公司生產的ST C89C52單片機，并采用最小系統的單片機作為電源模塊。STC 89C52在指令系統、硬件結構和片上資源方面與標準8052單片機完全兼容，DIP40封裝系列與8051引腳兼容。stc89系列單片機速度快(時鐘頻率最高90m H z)，功耗低。在單片機最小系統的基礎上，主要對代碼顯示電路、超聲波發射接收電路和通信接口電路進行了擴展。

3.2信號處理電路

采用集成電路芯片cx20106作為信號處理的主電路。電路如圖3 U S-R所示。對于超聲波接收頭，UT-INT在接收到超聲波時會產生下降沿，該下降沿與單片機的外部中斷連接。由微處理器計算下降沿產生的發射信號與接收信號之間的時間長度，然后通過數學計算轉換成距離，再顯示在顯示器上。

圖3信號處理電路

3.3超聲波信號接收開關陣列

為了避免相鄰的超聲波接收器與超聲波發射器或超聲波收發器之間的相互干擾，系統設置了分時測量模式和分頻測量模式兩種工作模式。當采用分時測量方法時，超聲波接收器和超聲波發射器選擇一個頻率裝置。超聲波信號接收與開關電路如圖4所示。

圖4 超聲波信號接收切換電路

由微處理器發送的邏輯電平控制 74／_5 126 選通超聲波接收器陣列組中的奇數行奇數列組、偶數行偶數列組、奇數行偶數列組、偶數行奇數列組依次工作，分 4 次測量得到整個區域的人數。系統工作采用分頻測量方式時，超聲波接收器和超聲波發送器或超聲波收發器選用 4 種不同頻率的器件，奇數行奇數列組、偶數行偶數列組、奇數行偶數列組、偶數行奇數列組的器件的每組之間的頻率各不相同，組內所有器件的頻率相同。

3.4 顯示驅動模塊

顯示驅動包括一個顯示驅動芯片MAX7219電路和4個數碼管顯示器，其與單片機的連接只需要3條線：LOAD ( CS ) 片選引腳、 CLK串行時鐘引腳、DIN串行數據引腳。顯示驅動模塊電路如圖5。

圖5 顯示驅動模塊電路

4 軟件設計

系統軟件包括主程序、超聲波收發子程序、數字顯示子程序和輸出結果子程序。初始化主程序并調用子程序。

系統啟動程序后，首先對程序進行初始化，然后用相應的計時器設置參數。之后，單片機產生一系列40 KKH z的超聲波，同時啟動定時器。由于超聲波發射和接收的反射結構，它們在同一條線上，兩個探頭彼此相對較近。為了避免發射探頭在接收探頭上的陰影，有必要延遲啟動超聲波接收檢測程序。微處理器開關陣列選擇相應通道準備接收超聲波信號。如果有多個接收信號，則選擇循環掃描的方式。計算完距離后，取不定范圍內的數字之和，直到逐個開關開關。結果數據通過數字顯示管顯示。

5 結束語

本文介紹的數字自動檢測系統是基于超聲波傳感器陣列，具有安裝簡單、測量精度高、穩定性好等特點。適用于公交車、電梯等需要按人數調度的場所，使車輛或電梯調度最優化。避免資源消耗。該系統設計已獲得專利。

系統統計區域內人數的時間間隔為0.5s。根據后續處理前后兩次測量的人的位置數據的變化，可以得到該區域內的人的移動情況，以及人進入和離開該區域的情況。

目前，超聲波已應用于倒車雷達、盲導系統、自動駕駛汽車等多個領域。該系統與其他系統的兼容性有待進一步研究。

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