紅外光控人流量統計系統

摘 要： 為了實時統計教室、實驗室、圖書館等開放教學場所的人數，實現教學管理自動化。系統采用對紅外光線的通斷檢測的方法來統計進出實驗室人數，當有人通過時擋住紅外光，輸出信號與可編程邏輯器件連接，通過紅外收發輸入信號順序的判斷，主程序對兩路信號進行加減計數；經譯碼、顯示、報警等模塊的連接實現可逆流量統計功能。實驗表明該系統具有測量精度高，抗干擾能力強、功耗低等特點。設計的創新在于紅外檢測與可編程器件結合了成本，提高了實時可靠性。

關鍵詞： 紅外檢測； 可編程邏輯器件； 計數； 流量統計

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0124?03

計數器作為一種數據采集設備，是各領域測量系統的重要組成部分。人流量統計廣泛應用于學校、實驗室、圖書館等開放式教學場所，傳統計數產品主要以硬件集成電路連接為主，電路復雜，調試難度大，整體結構繁冗。本文介紹一種以FPGA為核心，通過VHDL語言編程實現計數、譯碼、報警等功能，只需在外圍加上紅外收發電路和顯示電路即可實現人流量統計功能。大大減小了系統電路的體積、功耗，降低了產品生產成本，提高了系統實時可靠性。

1 工作原理

系統用紅外收發對管組成光控電路，將兩路紅外光控電路門外、門里各放置一路。當有人通過門口時（無論是進入或走出房間），會先觸發一路光控電路，再觸發另一路光控電路。根據觸發脈沖的先后順序，判斷人員是進入或離開。進入實驗室時，計數器進行加計數；當有人離開實驗室時，進行減計數。室內人數通過數碼管顯示。計數器容量設計為99（可擴充），超過設定容量蜂鳴器發出報警信號。系統可手動清零，計數器每計一個數，發光二極管指示燈閃爍一次。系統原理圖如圖1所示。

2 系統設計

2.1 紅外收發電路

用紅外收發對管組成光控電路。如圖2所示，有人通過時，擋住紅外光，使三極管截止，產生高電平，把這個高電平與整形電路相連，作為輸出信號。通過實驗得到以下數據：接5 V電壓，遮光時，輸出電壓為4.73 V；不遮光時，輸出電壓[5?6]0.03 V。系統設置兩路紅外收發的電路，實現先后觸發，產生兩個PLD輸入信號。

2.2 VHDL程序設計

VHDL程序設計部分：把紅外收發的兩路 輸出電平連到芯片上。通過先后順序的判斷，主程序對兩路高低電平進行加、減計數。信號輸出到譯碼程序上，對其進行譯碼后傳給顯示模塊，使數碼管顯示室內人數。將主程序上判斷出的信號，用高低電平連到一個指示燈上進行顯示，通過電路板上的通斷按鍵對主程序進行控制。當人數達到設定值時，則給蜂鳴器一個脈沖信號，使蜂鳴器報警，且不再進行計數，以達到管控室內人數的目的。將VHDL程序設計下載到FPGA芯片上與紅外收發部分連接，完成可逆紅外線計數功能。

2.2.1 軟件設計系統結構框圖

VHDL程序結構如圖3所示。

2.2.2 VHDL系統結構

通過將counter，input1，disp，beep等模塊的連接，實現計數、置數、譯碼、蜂鳴等功能。由于與硬件連接部分需要延時才能實現準確計數，最終結構圖中，需加入延時模塊，如圖4所示。

Counter模塊是程序的核心模塊，主要實現計數功能，以及時鐘脈沖、置數功能的總體控制模塊[1]。如圖5所示。

2.2.3 管腳分布

系統所用芯片EP1c12Q240c8l其內部管腳分配如圖6所示[2?3]。

3 測試結果

將系統安裝在實驗室、教室及圖書館等不同教學場所測試，系統在門寬適中且人員順序進入時統計準確率較高；在較寬的教學樓大門處，如同時通過多人時判別準確率略低，單人通過準確率較高。測試表明系統適合安裝在人員不擁擠順序進出的教學場所如表1所示。

表1 性能測試

4 結 論

系統實現了可逆紅外線人流統計、報警及置數等功能。設計創新點在于用可編程邏輯器件取代了傳統的由集成電路計數器、譯碼器、延時、報警等多個模塊才能實現的綜合功能。既符合現代電子設計技術和工藝的發展，減小了系統電路的體積、功耗，又降低了產品生產成本，提高了系統實時可靠性。系統適用于學校等開放教學場所的自動化管理，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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