葉晗 趙加勁 項(xiàng)宇軒 洪振恒 諸瑾琦

摘要：針對(duì)圖像采集人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，在分析熱釋電效應(yīng)以及紅外傳感的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以雙熱釋電紅外傳感器為信號(hào)采集單元，以CortexM3單片機(jī)為控制核心的人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于熱釋電紅外傳感器的人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確分辨人體的運(yùn)動(dòng)方向，并實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，可廣泛應(yīng)用于人體探測(cè)和人員計(jì)數(shù)等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：雙熱釋電紅外傳感器;CortexM3;人員計(jì)數(shù)

0引言

傳統(tǒng)的攝像頭采集圖像信息經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的方式已經(jīng)不能適應(yīng)多變的環(huán)境，而且運(yùn)算復(fù)雜度高。本文采用雙熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)出的人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)并不需要額外的紅外發(fā)生裝置，僅對(duì)有一定溫度的熱源敏感，使其能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。

1人員計(jì)數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)

人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)以Cortex-M3單片機(jī)為控制核心，以雙熱釋電紅外傳感器為探測(cè)單元實(shí)現(xiàn)探測(cè)區(qū)域的人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中Cortex3處理器采用純 Thumb2指令的執(zhí)行方式，使得這個(gè)具有32位高性能的ARM內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)8位和16位的代碼存儲(chǔ)密度。Cortex-M3采用了ARM7架構(gòu)，具有帶分支預(yù)測(cè)的3級(jí)流水線，中斷延遲最大只有12個(gè)時(shí)鐘周期，在末尾連鎖的時(shí)候只需要6個(gè)時(shí)鐘周期，同時(shí)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(shè)計(jì)

該系統(tǒng)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(hào)，根據(jù)兩只傳感器采集到人體信號(hào)的時(shí)間、波形來判斷人員的運(yùn)動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的增減，其主要軟件流程圖如圖2所示。

3計(jì)數(shù)算法與實(shí)現(xiàn)

熱釋電紅外傳感器的輸出波形幅度與其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的溫度變化密切相關(guān)。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(dǎo)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(yùn)動(dòng)距離分別為60cm和30cm時(shí)的輸出波形可見探測(cè)距離對(duì)輸出波形的幅度有明顯的影響。

為了解決上述問題，文中對(duì)AD采樣結(jié)果進(jìn)行算法修正，引入比例因子k，平衡由于探測(cè)距離的不同導(dǎo)致輸出波形幅度的變化量，算法修正與實(shí)現(xiàn)過程如圖4所示。

文中設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)系統(tǒng)規(guī)定距離傳感器5cm時(shí)人體運(yùn)動(dòng)的輸出波形為標(biāo)準(zhǔn)輸出，并將該輸出波形通過AD采樣獲得數(shù)組a100，計(jì)算數(shù)組a100的平均值-a100，設(shè)置成常量。

上文通過對(duì)RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形進(jìn)行放大處理，分析了不同運(yùn)動(dòng)方向和距離對(duì)RE200B型熱釋電紅外傳感器輸出波形的影響，并基于上述結(jié)果設(shè)計(jì)了以 CortexM3單片機(jī)為控制核心，雙熱釋電紅外傳感器為信號(hào)采集單元的人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)，研究了計(jì)數(shù)系統(tǒng)軟件算法，實(shí)現(xiàn)基于人員實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)的考勤和節(jié)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(tǒng)研究[D]. 武漢理工大學(xué).

[2] 孫華， 李揚(yáng). 熱釋電紅外傳感器原理及其應(yīng)用[J]. 內(nèi)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(dòng)作檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 壓電與聲光， 2017， 039（004）：610-613.

項(xiàng)目基金：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（202111488026）。

作者簡介：葉晗、趙加勁、項(xiàng)宇軒、洪振恒，衢州學(xué)院2019級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生;諸瑾琦，衢州學(xué)院2019級(jí)機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生;指導(dǎo)教師：葉志斌、陳勇，衢州學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院老師。