基于熱釋電紅外傳感器的人員計數算法與實現

葉晗 趙加勁 項宇軒 洪振恒 諸瑾琦

摘要：針對圖像采集人員計數系統復雜、價格昂貴等缺點，在分析熱釋電效應以及紅外傳感的基礎上，設計了以雙熱釋電紅外傳感器為信號采集單元，以CortexM3單片機為控制核心的人員計數系統。實驗結果表明基于熱釋電紅外傳感器的人員計數系統能準確分辨人體的運動方向，并實時計數，可廣泛應用于人體探測和人員計數等領域。

關鍵詞：雙熱釋電紅外傳感器;CortexM3;人員計數

0引言

傳統的攝像頭采集圖像信息經過復雜的運算實現監測的方式已經不能適應多變的環境，而且運算復雜度高。本文采用雙熱釋電紅外傳感器設計出的人員計數系統并不需要額外的紅外發生裝置，僅對有一定溫度的熱源敏感，使其能夠適應復雜多變的環境。

1人員計數功能的實現

人員計數系統以Cortex-M3單片機為控制核心，以雙熱釋電紅外傳感器為探測單元實現探測區域的人員計數系統框圖如圖1所示。其中Cortex3處理器采用純 Thumb2指令的執行方式，使得這個具有32位高性能的ARM內核能夠實現8位和16位的代碼存儲密度。Cortex-M3采用了ARM7架構，具有帶分支預測的3級流水線，中斷延遲最大只有12個時鐘周期，在末尾連鎖的時候只需要6個時鐘周期，同時具有1.25DMPS/MHz的性能和0.19 m W/MHZ的功耗。

2主要軟件流程圖設計

該系統采用兩只熱釋電紅外傳感器平行安裝，每只傳感器只選取上升階段為有效信號，根據兩只傳感器采集到人體信號的時間、波形來判斷人員的運動方向實現計數系統的增減，其主要軟件流程圖如圖2所示。

3計數算法與實現

熱釋電紅外傳感器的輸出波形幅度與其感應區域內的溫度變化密切相關。由于相同的溫度變化隨著距離的增加在空氣中的衰減量更大，被傳感器接收的輻射量減少，導致傳感器的輸出波形幅度隨著距離的增加而減小。如圖3所示為傳感器與人體運動距離分別為60cm和30cm時的輸出波形可見探測距離對輸出波形的幅度有明顯的影響。

為了解決上述問題，文中對AD采樣結果進行算法修正，引入比例因子k，平衡由于探測距離的不同導致輸出波形幅度的變化量，算法修正與實現過程如圖4所示。

文中設計的計數系統規定距離傳感器5cm時人體運動的輸出波形為標準輸出，并將該輸出波形通過AD采樣獲得數組a100，計算數組a100的平均值-a100，設置成常量。

上文通過對RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形進行放大處理，分析了不同運動方向和距離對RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形的影響，并基于上述結果設計了以 CortexM3單片機為控制核心，雙熱釋電紅外傳感器為信號采集單元的人員計數系統，研究了計數系統軟件算法，實現基于人員實時計數的考勤和節能控制功能。

參考論文

[1] 李等. 基于熱釋電紅外傳感器的人體定位系統研究[D]. 武漢理工大學.

[2] 孫華， 李揚. 熱釋電紅外傳感器原理及其應用[J]. 內江科技， 2010.

[3] 馮恒振， 石云波， 秦麗，等. 基于熱釋電紅外傳感器的動作檢測系統設計[J]. 壓電與聲光， 2017， 039（004）：610-613.

項目基金：國家級大學生創新項目（202111488026）。

作者簡介：葉晗、趙加勁、項宇軒、洪振恒，衢州學院2019級電氣工程及其自動化專業學生;諸瑾琦，衢州學院2019級機器人工程專業學生;指導教師：葉志斌、陳勇，衢州學院電氣與信息工程學院老師。