基于MSP430的教室人數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭玥　韓晶晶　王紅燕

摘要：此系統(tǒng)使用MSP430單片機(jī)作為控制核心，利用一對(duì)光電傳感器判斷人員進(jìn)出情況，從而實(shí)現(xiàn)教室人數(shù)檢測(cè)，并實(shí)時(shí)發(fā)布到大廳。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定且成本較低，適合在高校中推廣使用。

關(guān)鍵詞：MSP430F1612：人數(shù)檢測(cè)：對(duì)射式光電傳感器

0引言

筆者以MSP430單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了教室人數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)教室的人數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將教室人數(shù)信息在教學(xué)樓大廳公布，一方面幫助教師在課堂上及時(shí)掌握學(xué)生的到課情況，另一方面幫助無課的同學(xué)快速找到自習(xí)教室，節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1總體方案

本系統(tǒng)主要包括兩個(gè)模塊，一是教室人數(shù)檢測(cè)和顯示，二是人數(shù)信息公布。教室人數(shù)信息公布系統(tǒng)以軟件設(shè)計(jì)為主，利用ACCESS 2010數(shù)據(jù)庫完成對(duì)教室人數(shù)信息的統(tǒng)計(jì)、查詢和顯示。

2.2人數(shù)檢測(cè)裝置

對(duì)教室人數(shù)檢測(cè)的處理方案有以下幾種。

方案1：在教室的每個(gè)座位下安裝壓力傳感器，有人坐在座位上的時(shí)候，壓力傳感器傳遞信息，主控制器處理信息。

方案2：在教室門口安裝刷卡機(jī)，利用學(xué)生的一卡通刷卡進(jìn)出，主控制器處理學(xué)生的刷卡信息。

方案3：在教室門口安裝光電傳感器，檢測(cè)人的進(jìn)出，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，并將信息交由主控制器處理。

方案選擇：通過3個(gè)方案的比較，方案1成本太高，在每個(gè)座位下安裝壓力傳感器難以實(shí)現(xiàn)，后期維護(hù)也較為困難；方案2在上下課高峰期容易造成教室門口的擁堵情況，學(xué)生進(jìn)出也很麻煩；方案3操作簡單，并且自動(dòng)檢測(cè)，成本也較低，所以最終選擇方案3。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1紅外傳感器及檢測(cè)原理

目前，市場(chǎng)上常用的紅外線光電傳感器（光電開關(guān)），是利用物體對(duì)近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應(yīng)反射回來的光，據(jù)其強(qiáng)弱來檢測(cè)物體的存在與否，光電傳感器首先發(fā)出紅外線光束到達(dá)或透過目標(biāo)物體，物體或鏡面對(duì)紅外線光束進(jìn)行反射，光電傳感器接收反射回來的光束，根據(jù)光束的強(qiáng)弱判斷物體是否存在。常見的紅外線光電開關(guān)有對(duì)射式和反射式兩種，本系統(tǒng)采用對(duì)射式光電開關(guān)，由分離的發(fā)射器和接收器組成，如圖1所示。當(dāng)無遮擋物時(shí)，接收器接收到發(fā)射器發(fā)出的紅外線，其觸電動(dòng)作，輸出高電平；當(dāng)有物體擋住時(shí)，接收器便接收不到紅外線，其觸電復(fù)位，保持低電平不變。在本系統(tǒng)中要考慮到人進(jìn)出教室的方向，因此要在門的內(nèi)外兩側(cè)均安裝光電開關(guān)，通過判斷兩個(gè)光電開關(guān)產(chǎn)生上升沿的先后順序來確定人的進(jìn)出方向。同時(shí)，為了保證脈沖信號(hào)能夠被MSP430所接收，因此光電開關(guān)傳出的脈沖信號(hào)，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換再發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)判斷人的進(jìn)出方向并進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3.2傳感器的放置

每個(gè)教室的門口的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均安裝對(duì)射式紅外傳感器，即兩對(duì)光電開關(guān)作為一組檢測(cè)器件。為保證每個(gè)經(jīng)過的同學(xué)都能檢測(cè)到，應(yīng)安裝在1M左右，并且要保證每對(duì)光電開關(guān)保持在同一水平線上如圖2所示。

當(dāng)傳感器的發(fā)射端和接收端之間無人經(jīng)過時(shí)，（1）和（2）的接收端信號(hào)均保持低電平不變，并將信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換傳送至單片機(jī)。當(dāng)有人進(jìn)入教室時(shí)，（1）的信號(hào)先變成高電平，（2）的信號(hào)滯后于（1）大約0.7s再變成高電平，單片機(jī)人數(shù)計(jì)數(shù)加1。當(dāng)有人出教室時(shí)，（1）和（2）的變化和上一情況相反，此時(shí)單片機(jī)人數(shù)計(jì)數(shù)減1。當(dāng)門口有人滯留時(shí)，情況較為復(fù)雜，如果人在門外，（1）的信號(hào)變?yōu)楦唠娖揭院螅^0.7s（2）的信號(hào)始終不變，則單片機(jī)延時(shí)等待，若檢測(cè)到（1）的信號(hào)重新變?yōu)榈碗娖?，而?）的信號(hào)不變則不計(jì)數(shù)，人數(shù)保持不變；若檢測(cè)到（2）的信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑瑒t人數(shù)計(jì)數(shù)加1。如果人在門外，情況則與之相反如圖3所示。

3.3單片機(jī)

單片機(jī)選用MSP430F1612芯片作為控制核心。MSP430是美國TI公司生產(chǎn)的16位超低功耗的混合信號(hào)處理器，電源電壓采用1.8-3.6V低電壓，采用矢量中斷，支持十多個(gè)中斷源并可以任意嵌套，對(duì)中斷響應(yīng)很快，滿足本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。單片機(jī)的外部中斷選擇P1口的P1.1和P1.2接收兩組來自傳感器的信號(hào)，P2口作為數(shù)據(jù)口向數(shù)碼管提供顯示段碼，利用P3口的第二功能啟用USARTO模塊與主機(jī)進(jìn)行串口通信。具體硬件電路如圖4所示。

3.4顯示模塊

顯示模塊分為兩部分，一部分是在大廳顯示的各個(gè)教室的實(shí)時(shí)人數(shù)信息，另一部分是在教室顯示的當(dāng)前教室人數(shù)信息。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，在大廳處設(shè)置主機(jī)，用于處理整棟教學(xué)樓的教室人數(shù)信息，利用ACCESS建立小型數(shù)據(jù)庫，并將信息發(fā)送給大廳的顯示屏。單片機(jī)軟件流程如圖5所示。

5結(jié)語

該系統(tǒng)測(cè)試人數(shù)精確方便，結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，且成本低容易實(shí)現(xiàn)，在測(cè)試過程中取得良好的效果，適合在高校中廣泛推廣使用。