基于热释红外线传感器教室人数统计系统

1、基于热释电红外传感器的教室人基于热释电红外传感器的教室人数统计系统数统计系统11计数系统的背景意义2释电效应及传感器原理3传感器放大电路的作用及敏感增强装置4计数系统的实现5计数系统存在的主要问题6可行性分析目录21、背景意义：、背景意义： 随着时代的进步，人数统计信息在商业信息采集、公共安全监控、人员管理等方面在社会中具有重要意义。传统的人工监控及统计方式费时费力，不但 资源人力成本高，而且人在长时间工作的状态下，难免出现精力不集中等原因导致的疏忽。基于人体热释红外传感器的自动人数统计方法不仅可以实时监测公共场合的人流量，而且成本低、结构简单，同时为人员管理及研究相关领域的数学模型提供了重要

2、的数据；即基于人体热释红外传感器的自动人数统计系统越来越受到人们的关注。 本文通过人体热释红外线传感器设计的教室人数统计系统实现了实时统计出各个教室的到课率，为学校方便快捷地统计各个教室的人数，节省了学校查课人员的劳动力，更高效地反应了每个课堂的上课人数状况，提高了学校教务处的工作效率。32.1、热释电效应：、热释电效应： 外界温度的变化导致晶体内部产生自发极化的现象称之热释电效应。 具有热释电效应的敏感材料单元是热释电传感器的核心部件。其表面电荷包括自由电荷和自发极化电荷两部分。称之为复合电荷。当晶体吸收辐射到晶体表面的红外线能量时，其自发极化强度随着晶体温度的升高而降低。因此，自发极化电荷

3、量减少，晶体表面存在的多余自由电荷将以电压或电流的形式输出。图【1】热电效应原理图42.2、热释电红外传感器的工作原理： 热释电红外传感器由敏感元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成。其敏感元要采用钽酸锂、锆钛酸铅、铌酸锂等热释电材料。敏感元件类似一个电容器，当接收到人体红外辐射时，传感元件输出电压信号极其微弱、输出阻抗极高。为了提高传感器的探测精度， 在传感器内引入一个厚膜电阻和一个阻抗变换场效应管组成源极输出级，提高传感器的输出电压。 为了抑制环境温度变化对传感器探测性能的影响，在同一晶片上集成了两个极性相反的热释电敏感单元。当环境温度发生变化时，两个极性相反的传感器元件产生的热释电

4、信号正好相反。整体没有信号输出，起到温度补图【2】热释电红外传感器等效电路5补偿的作用。 当人体在探测区域静止时，两个传感器元件接收到的红外线线辐射量相等，产生的电荷量互相抵消，同样也没有电压信号输出；但是，当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个敏感元上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有电信号输出。图【3】热释红外传感器实物图63.1、传感器放大电路作用、传感器放大电路作用: 本课程设计计划采用BE200B型红外传感器，图 4（a）所示为BE200B型热释电红外传感器的原始输出波形。图 4（b）为采用一级放大电路处理后的输出波形，其运算放大器处理电路如图 5所示。由

5、图 4可知，未经过运算放大器处理的信号带有严重的噪声且输出幅度较小，不便直接采样；经过运算放大器处理后的信号既保持了原始信号的波形，又提高了信号输出信号的幅度和抑制了绝大部分噪声信号，可以直接输出到 A/D转换电路（或者单片机）。图【4】BR200B型红外传感器输出波形对比7图【5】热释电传感器放大电路 图【6】热释传感器的工作参数83.23.2、菲涅尔透镜、菲涅尔透镜RE200B热释电红外传感器的使用中,通常会在其前面安装一片弧形的菲涅耳透镜（白色）。这个透镜有以下作用：1、比传感器面积大得多的透镜可以收集尽可能多的红外线,以提高灵敏度。2、菲涅耳透镜被加工成许多狭长的单元,每个单元覆盖一定

6、的视角并交替聚焦到双探测器窗口上.当人体穿过视野时,发出的红外线能使双探测器产生交替的脉冲信号.这能扩大传感器视野和对目标的探测能力。3、透镜材料具有滤波功能,可以阻挡人体红外辐射以外的可见光和红外光,增加抗干扰能力。9 该计数装置主要由四部分组成:传感器检测组件、单片机、电源、显示器。检测组件负责检测人体信号;单片机分析处理中断信号并执行计算和控制功能;两路电源分别为传感器检测组件和单片机控制电路提供电力;数码管实时更新显示数据。本系统采用已经比较成熟的红外传感器感应电路组件作为检测元件。当检测到移动人体红外信号时,经感应电路组件放大后,能从输出引脚输出3V的高电平。该组件使用半球形菲涅尔透

7、镜对红外信号进行聚焦,增强其反应能力和可靠性。 由于单片机外部中断引脚接收到负跳变信号时产生中断请求信号，而传感器组件的输出信号为3V的高电平，不能直接接在单片机外部中断引脚上。因此本设计使用三极管9014作为反相器，检测信号经反向后接到单片机。10 为了识别人们的进出，实际中采用了两组完全一样的信号采集电路。教室门口内外各安装一热释电红外传感器，热释电红外传感器高度在一米左右较为合适，当人由室外进入室内时或由室外离开室内时，两组红外敏感三极管输出的脉冲信号在时间上存在一定的先后顺序，由此可识别出人们的进出，由进出人数差就是室内现有的人数。 使用单片机STC89S51作为控制核心。单片机的外部

8、中断引脚INT0、INTI分别接两组传感器信号，选用3只0.5寸共阴极数码管显示人数，采用动态接方式，单片机P0口作为数据口向数码管提供显示段码，P2口的低三位作为数码管的控制位。考虑到传感器检测组件容易受内部电路电流冲击的干扰，采用9V的干电池单独供电。单片机和数码管使用5V直流开关电源供电。11人数统计系统结构图单片机传感器检测组件1传感器检测组件2电源LED数码显示管12计数系统流程图13开始检测A B检测到A?检测到B?关A开B关B开A检测到B?检测到A?关全部中断，数加1关全部中断，数减1开A和B开A和B测255次测255次YNNNNYYY单片机数码管145、计数系统存在的主要问题：、计数系统存在的主要问题：1、该系统无法测量双向同时人密集进出的通道的人流量。2、可能无法测量人超出正常行走速度的人流量（如跑）。3、无法测量有着严重遮挡物的人流量。156、可行性分析、可行性分析 经济可行性：本设计所使用的元器件成本低廉，便