摘要：介绍一种基于CC3200为主控制器的对公共场所指定区域人流量进行实时统计监测的系统。系统采用热释电红外传感器检测人体，主控制器对传感器信号实时采集和上传到上位机，上位机采用KingView6.55组态王软件开发人机界面，实时显示人流量统计数据。
关键词：CC3200；人流量统计；热释电红外传感器；组态王
随着社会经济的高速发展，在各种公共场所，如机场、火车站、大型商场、学校的教学楼、实训室等，人流越来越密集。在这些场所对人流量进行实时自动统计，能够获取各种有用的信息，例如通过对商场人流量的统计分析可以为商家分析市场制定营销策略提供统计数据支持。在公共安全方面，人流量统计可以实时准确获得人流数据，这对于重要公共场所的安全防范有着重要的意义。
本文设计实现的实时人流量统计监控系统采用热释电红外传感器检测人体运动，使用TI公司的CC3200微控制器进行数据采集与处理，并通过UART串口将测量统计结果传输到计算机上的组态监控软件中实时显示，实现了对人流量的自动实时监控。
一、系统整体设计
系统主要由热释电红外传感器、信号处理电路、TICC3200处理器开发板和上位PC组成。系统的组成框图如图1所示。系统除上位PC机外的部分组成检测模块，安装在某公共场所的入口处，覆盖一个检测区域，当有人通过场所入口进入检测区时，热释电红外传感器检测到运动的人体产生电信号输出，经信号处理电路放大和转换为脉冲信号后送入TICC3200主控制器，CC3200控制器对脉冲信号进行计数，然后将计数结果采用串口通信方式传送到上位PC机中，通过上位PC机中的组态监控软件画面实时显示出人流量统计数据。由于采用通信的方式由上位机显示数据，不仅简化了检测模块的设计，实现了远程监控，而且上位机的组态监控软件可以方便的设计出更直观生动、功能更强大的人机界面。
图1 人流量统计系统框图
二、系统硬件设计
（一）热释电红外传感器和信号处理电路
热释电红外传感器是通过目标与背景的温差来探测目标的，其工作原理是热释电效应[1]。在实际应用中，热释电红外传感器需要在其前面安装一个菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的作用，一是使人体发出的红外线聚焦到传感器元件上以增强其信号，二是产生出交替变化的高灵敏区和盲区。配合后面的信号处理电路，可使检测范围最远达到10m～20m，检测角度为＜100度锥角。当行人从检测区域经过时，会依次经过高灵敏区和盲区，传感器输出一系列脉动的信号。
由于热释电红外传感器输出的信号仍然很微弱，因此需要后接信号处理电路对其进行放大和信号变换[3]。信号处理电路主要由BISS0001信号处理集成电路构成，具体电路如图2所示。
图2 BISS0001信号处理电路图
根据国家发明专利201610348936.2所提供的加工方法进行制作：(1)将晒干后干净的青稞翻炒并进行打粉，获得炒青稞粉；(2)将牦牛肉洗净剔除筋腱，切块备用；(3)按比例将炒青稞粉、辣椒粉、花椒粉、香辛料、酒酿、姜末、白糖和食盐混合，均匀涂抹在牦牛肉上，于密闭容器中发酵。
传感器输出信号由BISS0001的14脚1IN＋输入，内部经两级运算放大器放大，再经内部双向鉴幅器，得到正脉冲输出信号。双向鉴幅器可以抑制干扰，提高系统的可靠性。BISS0001可以选择工作在可重复触发或不可重复触发工作模式，由引脚A的输入决定，本系统采用可重复触发模式，A脚接高电平。BISS0001内部包含一个延迟时间定时器Tx和一个封锁时间定时器Ti。延迟时间Tx≈49152R1C1，可由外接电阻R1电容C1设定，延迟时间Tx使BISS0001输出信号从低变高有效后，能够保持Tx的时间，在这段时间内，传感器的任何输出变化被忽略，直到Tx时间结束。封锁时间Ti≈24R2C2，由外接电阻R2电容C2设定，当输出信号经Tx时间由高电平有效跳回到低电平后，立即进入封锁时间Ti，在封锁时间Ti内传感器的任何输出变化都不能使BISS0001输出变为有效状态，在此期间输出一直为低电平。BISS0001工作在可重复触发模式，当检测到有行人时，输出变为高电平有效，人体在检测范围内继续走动，可重复触发模式使输出一直保持高电平，直到人离开检测区域，再经过一个Tx时间后输出回到低电平，这样的设定使每个行人对应一个脉冲的上升沿，从而避免了对单个行人的多次计数。
（二）TICC3200主控制器
人机界面的画面窗口用组态王画面开发系统（TouchExplore）设计，主界面上显示当前日期与时间，人流量统计子窗口显示当前的人流数。系统人机界面运行窗口如图4所示。
新规第一章“范围”中明确了此标准适用范围，规定“其他门类档案可以参照执行”、“企业单位有其他特殊规定的，从其规定。”操作的灵活性主要体现：
在组态王软件下创建工程，定义I／O设备。I／O设备类型选择智能模块下的单片机，通信描述为“通用单片机ASCII串口”，并指定一个唯一的逻辑设备名。在组态王软件中，数据库是最核心的部分，是联系上位机和下位机的桥梁，数据库以数据词典的方式体现，数据词典是变量的集合。本系统的人机界面需用到6个系统预设的变量，即¥年、¥月、¥日、¥时、¥分、¥秒等，用于显示当前日期与时间。还需自定义一个I／O变量，用于与CC3200进行数据交换，该变量的类型设为“I／O整数”，连接设备为已定义的I／O设备逻辑设备名，寄存器为通信协议中的数据地址X100，读写属性为只读，采集频率为1000毫秒，即每隔1秒组态软件主动与CC3200通信，获取到的人流数自动更新该变量的值。
三、系统软件设计
GPIO中断处理首先要获取当前的中断状态并判断是否是对应引脚的上升沿中断，若是则人流统计量加1，若不是则直接退出中断。
（一）CC3200控制器程序
CC3200控制器程序在TICCS工具下开发，使用TI为SimpleLinkTM平台提供的SDK，其中包含有外设的驱动程序库driverlib，利用driverlib驱动库提供的API函数编写应用程序比直接对寄存器编程开发效率更高。控制器程序需要实现两个主要功能：一是通过GPIO口接收BISS0001输出的脉冲信号；二是通过串口实现与组态王的通信，控制器程序主要流程图如图3所示。
图3 CC3200程序流程图
知行合一是习总书记非常重视，多次强调的教育理念。习总书记曾经指出：“贵在坚持知行合一、坚持行胜于言，在落细、落小、落实上下功夫。要注意把社会主义核心价值观日常化、具体化、形象化、生活化，使每个人都能感知它、领悟它，内化为精神追求，外化为实际行动，做到明大德、守公德、严私德。”而将思政教育纳入学科竞赛体系正是以知行合一精神贯彻社会主义核心价值观的重要举措。对于文科学生而言，知行合一重在行，很多文科生的知识被停留在课堂上和课本上，而不是运用到生活和工作实践中，而学科竞赛为文科学生提供了学以致用的舞台。
本系统的软件设计包括CC3200控制器程序和上位PC机组态监控软件人机界面设计两大部分。上位PC机人机界面采用目前广泛使用的组态王Kingview6.55开发，为此控制器程序需要实现与组态王通信的专用通信协议。
2.3.4 土壤肥力综合评价 以pH、有机质、有效镁和水溶性氯为评价指标，结合熵权法确定各指标的权重值，采用指数和法计算土壤肥力综合指数。结果表明，昌宁基地植烟土壤综合指数在0.12～0.99，平均值0.60，变异系数较大(34.23%)。进一步对综合指数进行系统聚类结果显示(图3)，昌宁基地植烟土壤肥力综合指数可分为5类，主要集中在II类(0.66～0.81)和III类(0.45～0.61)，分别占24.26%、37.02%，I类(0.83～0.99)、IV类(0.36～0.44)、V类(0.12～0.34)相对较少，分别为14.89%、12.77%、11.06%。
（二）组态王KingView6.55软件人机界面设计
CC3200通过一个GPIO引脚接收BISS0001的输出脉冲信号，该GPIO引脚能够设置为上升沿中断，根据上述对BISS0001信号处理电路的分析，一个脉冲的上升沿对应检测到一个行人，因此控制器内部就需要对脉冲信号进行计数并存储计数结果。然后通过UART串口经UART串口转USB线与上位PC机通信，由上位PC机中设计的组态监控软件画面显示人流量统计结果。
本系统的主控制器采用德州仪器公司推出的一款SimpleLinkTM平台的单片无线微控制器CC3200，它是业界首款内置Wi-Fi功能的微控制器，主要针对物联网应用[2]。CC3200内置高性能的ARMCortex-M4内核，能实现最小的内存需求并降低功耗。CC3200具有多种片内外设包括GPIO、UART、SPI、I2C、I2S／PCM、SD／MMC、PWM和ADC等。
进入主函数main（）首先调用BoardInit（）初始化CC3200内核，然后调用PinMuxConfig（）配置本应用所使用的芯片引脚，该函数位于pin_mux_config.c中，TI提供了引脚配置工具PinMuxTool用于生成该文件。接着是UART1串口的初始化，CC3200有两个UART口，其中UART0口一般用于程序调试，UART1用于与组态王通信。再接下来初始化GPIO中断接收，调用driverlib库API函数GPIOIntTypeSet（）、GPIOIntRegister（）、GPIOIntEnable（）分别用于设置上升沿触发、注册中断处理函数和使能中断。之后进入主循环，在主循环中前台处理组态王通信事件，通信的后台处理在UART1串口中断内完成。
图4 人流量统计系统运行窗口
（三）组态王与CC3200通信协议程序设计
组态王与CC3200主控制器通过串口相连，其支持采用通用单片机ASCII协议与CC3200通信[4]。根据协议将设备地址设为“01.0”，01是设备地址，范围为0～255，0为不打包方式。波特率最高可设置为19200bps，数据地址为X100，因为默认从地址100开始的数据类型为USHORT，数值范围为0～65535。协议以ASCII编码数值，串口的每一帧发送一个ASCII码，帧与帧之间是连续发送的。上位机发送读命令从外部设备读数据，命令包由多个连续帧构成，读命令包和下位机应答包格式如图5所示[5]。
图5 上位机读命令包及下位机应答包格式
在CC3200主控制器程序中，采用UART串口中断接收上位机发来的读命令包，CC3200比普通单片机的串口增加了FIFO缓冲区的功能，可以利用其16字节的FIFO一次接收下完整的读命令包后再产生中断，在此应用中处理起来比普通单片机高效。进入中断处理函数后根据接收到的读命令包，首先判断是否是本机的地址请求，以及请求的数据地址是否是“100”，若是则将请求地址的数据放入应答包一次发送回上位机，完成一次读数据的通信。
四、结语
本文设计实现的人流量统计监控系统，采用了热释电红外传感器的检测方案，与其它实现人流量统计的方案比较，具有硬件成本低，性能可靠的优点，方案同时简化了系统软硬件的设计。主控制器选用TI物联网平台的CC3200微控制器，可扩展能力强，软件开发效率高。上位机人机界面采用组态王软件开发，比用主控制直接驱动液晶显示模块的方案显示效果更好，人机界面更友好。
(3) 环青藏高原边缘的新构造运动强烈、活跃，地震作用强烈而频发，河流持续下切和青藏高原持续隆升，造成川藏高速公路所经地区的高陡峡谷区发生了强烈的动力作用过程，促进了危岩的形成和崩塌的发生。
实验证明，该系统设计方案是一种切实可行、经济高效的公共场所人流量统计监控系统，具有一定的推广价值。
参考文献：
[1]张玉莲.传感器与自动检测计数（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2015.
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[3]钟鼎等.基于STM32人流量统计监控系统设计[J].电子设计工程，2011（10）：94-96.
[4]唐志国等.基于单片机和组态王的智能温室大棚集散控制[J].吉林大学学报（信息科学版），2017（5）：513-518.
[5]傅宗宁，等.组态王-单片机通讯设计及应用[J].现代电子技术，2014（24）：101-104.
Design of Monitoring System for Pedestrian Volume Counting Based on CC3200
Yang Rifei，Huang Ping
(Gulin Normal College，Guilin，Guangxi 541199，China)
Abstract：This paper introduces a real-time statistical monitoring system based on CC3200 controller for the flow of people in designated areas of public places.The system uses pyroelectric infrared sensor to detect human body.The main controller collects and uploads the sensor signal to the upper computer in real time.The upper computer uses KingView 6.55 software to develop the user interface and display the human flow statistics in real time.
Keywords：CC3200 chip；statistics of flow；PIR，KingView 6.55
中图分类号：O45
文献标识码：A
文章编号：1001-7070（2019）04-0129-04
收稿日期：2019-03-20
基金项目：广西教育科学“十三五”规划课题“智能制造背景下工业机器人课程体系改革与实训平台建设”（项目编号：2017C537）；桂林师范高等专科学校校级科研项目“人流量统计视频监控系统的研究”（项目编号：XJKY201412）。
作者简介：羊日飞（1978—），男，广西桂林人，桂林师范高等专科学校物理与工程技术系讲师，主要研究方向为物联网、嵌入式系统；黄平（1971—），男，湖南永州人，桂林师范高等专科学校物理与工程技术系副教授，主要研究方向为通信、传感器技术研究。
（责任编辑：杨建香）
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