1、 本科生毕业论文（设计）题目：基于单片机的房间人数流动监测系统设计与实现 学 院 电子信息工程学院 学科门类 工学 专 业 自动化 学 号 2013442121 姓 名 戴林浩 指导教师 赵淑欢 2017 年 5 月 25 日装订线河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）基于单片机的房间人数流动监测系统设计与实现摘 要当今社会科学技术飞速发展推动了社会生产生活产品的自动化进程，我们的生活中开始出现越来越多的自动化产品。随着科学技术自动化技术的广泛应用，早期的靠人员监测人数流动的效率已经无法满足社会发展的需求，自动化监测统计必然成为替代人工监测的新方式。自动化产品的设计中最常见的就是单片机控
2、制的设计与应用，因此利用单片机进行房间人数流动监测系统的设计。此系统设计的控制核心选用 STC89C52 芯片来接收、处理数据信息，利用两个红外线传感器进行扫描检测，检测人员的进出，传感数据传回单片机控制中心对人数进行计算分析处理，再由 LCD 液晶屏输出显示人数进出情况，使用蜂鸣器对当前人数超出设定值时进行报警工作。本设计中使用 C 语言作为的单片机控制程序编写语言，C 语言程序具有结构清晰，方便理解和易于修改的特点。关键词：人数流动监测；红外线传感器；51 单片机；液晶显示河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）Design and Realization of People Numb
3、er Flow Monitoring System in The Room Based on Single Chip MicrocomputerABSTRACTThe rapid development of social science and technology to promote the social production and life of the product automation process, our lives began to appear more and more automation products. With the extensive applicat
4、ion of science and technology automation technology, the early people rely on the speed of monitoring the flow of people has been unable to meet the needs of social development, automated monitoring statistics must become a new alternative to manual monitoring. The most common design of automation p
5、roducts is the design and application of single-chip control, therefore, the use of single-chip design of the people flow monitoring system in the room.The core of this control system design uses STC89C52 chip to receive and deal with the information. Using two infrared sensors for scanning detectio
6、n, detection of personnel into and out, sensing data back to the single-chip control center to calculate the number of people to deal with and then display the number of people to enter and go out by the LCD screen, system uses the buzzer to alarm when the current number exceeds the set value. The u
7、se of C language as the design of the microcontroller programming language, C language program has a clear structure and easy to understand as well as modify the characteristics.Key words：People number flow monitoring；Infrared sensor；The 51 single chip microcomputer；Liquid crystal display河北大学 2017 届
8、本科生毕业论文（设计）目 录1 绪论 11.1 课题研究的背景 11.2 课题研究的意义 11.3 国内外研究现状 11.4 本课题研究的内容 21.5 本课题非技术因素考虑 22 设计方案部分 .32.1 设计方案方框图部分 32.2 设计方案流程图部分 33 系统的硬件设计 .53.1 单片机最小系统电路设计 53.2 单片机红外线传感器电路设计 83.3 单片机显示电路设计 93.4 单片机蜂鸣器报警电路设计 .123.5 单片机出入指示灯电路设计 .133.6 单片机按键控制电路设计 .133.7 单片机电源电路设计 .143.8 单片机 PCB 板设计 .144 系统的软件设计 16
9、4.1 红外检测和计数模块设计 .164.2 LCD1602 显示模块设计 16河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）4.3 按键控制模块程序设计 .174.4 报警电路模块程序设计 .184.5 系统软件程序的整体设计 .185 系统调试 205.1 Protues 硬件仿真 205.2 Protues 仿真情况分析 215.3 硬件实物调试 .225.4 硬件实物调试分析 .236 总结 .24参考文献 25致谢 26附录 27河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）11 绪论1.1 课题研究的背景今天的社会发展很快，人口增长速度非常快，人流量越来越大。伴随人流量的过大监测不到位
10、，发生部分突发事件对公共安全和人身安全造成极大的危害。人流量数据对教室、商场、车站、机场、旅游场所、图书馆、等公共场所的日常管理有重要的作用，通过统计人的进出流量可以统计车站出入口的人群流向，图书馆出入口的合理与否，部分区域对人群的受欢迎程度，各个商场的开关店最佳时间等。人流的监测统计对于当今社会是非常必要的。通过人流的监测可以为管理者提供准确数据进而更加方便的分析问题，处理问题和解决问题。1.2 课题研究的意义人数流动监测统计系统已经发展了很多年。目前室内人数流动监测统计系统技术的发展越来越好,现代科技的应用可以更好地实现这些功能。如今，单芯片微型计算机技术发展迅速，基于单片机的计数设备和产
11、品在生产生活当中广泛应用，单片机技术的发展推动了生产技术的改进和发展。当前社急切需要大量的熟练掌握单片机技术，可以开发，应用和维护这些单片机产品的高级人才。单片机的体积小，功能强大，可靠性能高，性能价格比高，推动了工业生产技术的进步和自动化产品的发展。虽然现实社会已经实现了部分工业自动化的发展，但现在相应的技术并没有发展完善，对我们的设计师来说这种技术的发展并没有结束，而是还有很多相关技术需要我们去完善。房间人数流动监测系统是一种用来监测室内人数流动的传感器计数器，通过应用传感器的检测将检测到的信息进行反馈，经控制中心处理后在显示屏上显示出来。1.3 国内外研究现状人们最早是以人工的形式来统计
12、人流量数据的。监测组织者安排相应人员在指定的地点，以目测的形式在一段时间内观察记录进出房间的人数流动情况，然后利用数学的计算方法对房间的人数流动信息进行处理分析从而达到监测统计的目的。随着社会科技的发展进步和对提升工作效率的迫切需求，依靠人力进行监测统计的方式必然会被与时俱进的自动化统计所替代。早期自动统计人数流动信息的有超声波系统和压力传感系统，它们具有容易实现、成本低的优点，超声波系统利用超声波反馈次数来统计人数，压力传感系统利用压力传感器计数，当人体通过产生感应信号后进行计数，相应信息被发送至处理器进行统计。现在自动统计人数流动信息开始向基于视频的人流统计系统发展。随着计算机和图像处理技
13、术的发展，人流统计的方法有了进一步提升的可能。越来越多的基于视频分析的人流统计系统开始应用在我们的生产生活当中。采用视频分析技术的视频客流统计系统开始崭露头角，因其优越的性能、精确的统计结果、简单的安装实现方式以及低廉的河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）2成本等特性，正逐步被商场等购物场所采纳使用 1。基于视频的人流统计系统被各种场所广泛安装使用。各种场所的普遍应用为各种形式的人数流动监测系统发展提供了充足的发展动力。1.4 本课题研究的内容基于单片机的房间人数流动监测系统设计，其中单片机是房间人数流动监测系统的控制中心用来存储系统程序，接收控制信号和计数信号后处理分析相应数据。红外
14、线模块用于检测人员出入信号，显示模块实现对监测统计数据的实时显示，报警模块提醒房间人数超出容量。以上部分共同组成房间人数流动监测系统。1.5 本课题非技术因素考虑研究本课题时，在考虑设计自身技术因素的同时还要考虑到非技术因素对基于单片机的房间人数流动监测系统的影响。从社会方面上来讲，当前社会大力支持科学技术的发展，为单片机技术的发展应用提供了很好的社会环境；从环境安全方面来讲，现代社会人口增长迅速，伴随着各种场所人流量的急剧增长，产生了由于人员过多而发生踩踏等危险事件，为了避免危险事件的再次发生，社会环境安全的需要推动了人数流动统计的发展；从创新意识方面来讲，国家强调要坚持走中国特色自主创新道
15、路、实施创新驱动发展战略。为我们在进行单片机设计时添加创新元素提供了战略指导，引导我们的设计要具有创新性。河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）32 设计方案部分2.1 设计方案方框图部分基于单片机的房间人数流动监测系统设计方案：使用单片机作为房间人数流动监测系统设计的控制核心,人数检测信号数据由控制核心部分处理分析,通过红外线模块的两个红外线传感器不同行进方向的扫描来判断人员的进出方向,人员行进方向由 1-2 为进入方向，有 2-1 为外出方向，依此模拟实现对人数出入的计数，计数信号送至单片机控制中心，再由单片机控制中心处理数据后在显示模块上显示出来，由报警模块进行超出房间人数设定值的
16、报警。系统设计方框图如图 2-1 所示。红外 发射接收光线红外 发射接收光线单片机控制芯片出入指示灯报警模块显示模块人进入方向由 人外出方向由 按键控制模块信号 信号 光线 光线 图 2-1 基于单片机的房间人数流动监测系统设计方框图2.2 设计方案流程图部分基于单片机的房间人数流动监测系统主要由红外检测计数模块、单片机控制模块、液晶显示模块、蜂鸣器报警模块、按键控制模块、出入指示灯构成。单片机控制模块选用 STC89C52 芯片，搭建单片机的晶振电路、复位电路和按键控制模块电路作为人数流动监测系统的总的控制模块。红外检测模块由两个红外线传感器组成，检测传感器 1、2 放置在房间出入口，一前一
17、后相邻安装（需要一定距离控制） ，人员经过由 1-2 为进入方向；由 2-1 为外出方向。传感器未收到感应信号时，传感器输出端口为高电平；传感器收到感应信号时，传感器输出端口为低电平。当前房间人数为进河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）4入人数减去外出人数。当前房间人数超出房间人数容量设定值是报警模块蜂鸣器响警报，人数恢复低于房间人数容量时警报解除。LCD1602 显示模块实时显示进入、外出、当前房间人数和房间人数容量设定值情况。系统设计流程图如图 2-2 所示。基于单片机的房间人数流动监测系统软件程序 、 仿真部分 硬件部分画出仿真电路图单片机程序初始化 红外检测计数模块显示模块 报
18、警模块PCB板制作单片机控制模块红外线传感器模块LCD显示模块图 2-2 基于单片机的房间人数流动监测系统设计流程图河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）53 系统的硬件设计3.1 单片机最小系统电路设计单片机芯片、复位电路、时钟电路共同构成了单片机的最小系统电路 2。3.1.1 STC89C52 片简介STC89C52 芯片兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片是带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，具有在系统可编程（ISP）特性，通过使用 ISP 软件将单片机设计的软件程序下载到单片机芯片 3。我们的STC89C5
19、2 芯片使用了 PDIP-40 的封装形式。STC89C52 单片机芯片可在 3.4V6.0V 电压范围内正常工作。3.1.2 STC89C52 引脚功能介绍STC89C52 与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚完全兼容，它有着 MCS-51 系列单片机的所有特点。内部 8k 字节的 Flash、128 位的 RAM、32 位双向输入输出线、三个十六位定时/计时器、两级中断优先级、6 个中断源、一个全双工异步串行口及时钟发生器等。STC89C52 芯片的引脚图如图 3-1 所示。.图 3-1 STC89C52 引脚图STC89C52 芯片的各引脚功能：第一部分电源接线。VCC：接正极
20、+5V。VSS：接地端。河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）6第二部分时钟接线。XTAL1：晶振电路反相输入端。XTAL2：晶振电路反相输出端。第三部分控制口线为 4 个接线。ALE/PROG：地址锁存允许信号输出引脚/片内 EPROM 编程脉冲输入引脚。ALE 功能：锁存 P0 口送出的低 8 位地址允许地址锁存。PROG 功能：片内有可擦可编程只读存储器，该存储器编程时，编程脉冲输入该引脚。/PSEN：外 ROM 读取选通信号。RST/VPD：复位/备用电源。RST 功能：复位信号输入端。VPD 功能：在 VCC 掉电情况下，接备用电源。/EA/VPP：内外 ROM 选择/片内 E
21、PROM 编程电源。/EA 功能：内外 ROM 选择端。VPP 功能：片内可擦可编程只读存储器编程期间，施加编程电源 VPP。第四部分 I/O 口线 P0、P1、P2 、P3 共四个八位可编程口。P0 口是三态双向 I/O 口，通常叫做数据总线口，因为只有 P0 口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0 口也可以用于输出外部存储器的低 8 位地址。因为具有分时输出的特性，所以应该在外部加锁存器将此地址数据和地址都锁存起来。P1 口是通用的准双向 I/O 口。输出高电平时，不接上拉电阻即可向外提供电流负载。P2 口是从系统扩展时作为高 8 位地址线使用的接口。在不使用扩展外部存储器情况下，P2
22、 口也可以用作编程用户的 I/O 口使用，P2 口也是标准的双向口。P3 口是双功能口 ,P3 口在作为通用 I/O 口时，为准双向口。使用第一功能时操作使用方法与 P1 口相同。使用特殊功能时 P3 口将为闪烁编程和编程校验接收单片机控制信号。特殊功能如表 3-1 所示。表 3-1 P3 口特殊功能表接口 特殊功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）河北大学 2017 届本科生毕业论文（设
23、计）7P3.7 RD（外部数据存储器读选通）3.1.3 单片机复位电路设计单片机复位电路：复位按键操作可以初始化整个单片机系统。单片机在开机后进行复位操作，可以使 CPU 和各部分模块处于同一个初始状态。当程序运行出现错误，系统出现失控状态时，通过复位按键操作可以重新启动系统，恢复初始状态。单片机的复位电路由自锁式小按键、1K 电阻、10uF 电容、10K 电阻、VCC 和 GND组成。单片机中复位按键按下使得电容 C1 上电，瞬间使得 RST 引脚变为高电平，在电容 C1 的充电作用下令 RST 引脚的高电平逐渐下降。RST 引脚的高电平能够保持足够的时间，单片机的复位操作就可以实现。复位电
24、路如图 3-2 所示。图 3-2 复位电路图3.1.4 单片机时钟电路设计单片机通用的时钟电路有两种。一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，该方式为通过将放大器与石英晶体以及电容相连形成自激振荡器，从而产生时钟信号。内部时钟主要由晶振和电容组成，通常两个小电容的取值30pF，两个电容的作用是稳定频率和快速起振。晶振取值约为 12Mhz，得以保证振荡器电路的快速性和稳定性。单片机时钟电路的两个引脚分别连接到 51 芯片的 XTAL1 和 XTAL2 引脚来为 51 单片机提供时钟信号。单片机采用时钟脉冲信号作为参考来正常工作。单片机的时钟电路图设计如图 3-3 所示。
25、河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）8图 3-3 时钟电路图3.2 单片机红外线传感器电路设计3.2.1 红外检测模块介绍红外线模块介绍：该红外线传感器模块具有红外线发射与红外线接收感应器，障碍物遮挡住模块发射出的红外线后，模块接收到被障碍物反射回来的红外线，从而产生一次传感信号，将传感信号发送至比较器处理后，输出端口由高电平转变为低电平，输出指示灯亮，表示红外线传感器检测到障碍物，并将传感信号通过 OUT 端口发送出去。此传感器的检测范围为 230cm，通过调节电位器来改变检测距离，3.3V-5V 为它的工作电压范围。此传感器具有简单易用，检测距离可调，方便安装使用的优点，但光照环境
26、有可能影响该传感器的探测准确度，现在的机器人避障、流水线计数、自动循迹平衡车都在应用这种红外线模块。红外线传感器模块内部电路原理图如图 3-4 所示。图 3-4 红外线传感器模块电路原理图河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）93.2.2 模块参数说明（1）传感模块正常工作未检测到障碍物时，OUT 端口保持输出高电平信号,电源指示灯亮；遇到障碍物时，OUT 端口为低电平，输出指示灯亮。（2）传感模块检测距离为 230cm，检测角 35，通过对电位器的调节可以改变检测距离。顺时针调节电位器检测距离增加；逆时针调节电位器检测距离减少。传感模块调节检测距离时依据障碍物遮光面积越大检测距离越大，
27、障碍物遮光面积越小检测距离越小的原理进行调节。（3）OUT 端口与单片机 I/O 口直连。（4）LM393 比较器使模块工作更稳定。（5）3-5V 直流电源为该模块供电，工作时电源指示灯亮。3.2.3 单片机红外线传感器电路单片机红外线传感器电路中红外线传感器的 VCC 引脚连接单片机电路的 VCC，传感器的 GND 引脚连接单片机电路的 GND，传感器的 OUT 端口连接单片机的 P2.1 和 P2.2引脚。单片机工作时，由红外线传感器模块接收感应信号并由内部电路处理输出由遮光产生的低电平信号送至单片机处理分析信号，由单片机内部程序进行下一步操作，即触发指示灯电路并将统计结果在显示电路进行信
28、息显示。红外线传感器电路图如图 3-5 所示。图 3-5 红外线传感器电路图3.3 单片机显示电路设计3.3.1 LCD1602 液晶显示模块1602 字符型液晶显示屏是用于显示数字、字母和符号的点阵式 LCD。它由若干个5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） 11。LCD1602 显示效果河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）10为 16X2，每行 16 个字符的模块显示字符和数字，有两行显示空间。 L
29、CD1602 引脚图如图 3-6 所示。图 3-6 LCD1602 引脚图3.3.2 LCD1602 各引脚功能如下：第 1 脚：GND 接地。第 2 脚：VCC 接正极。第 3 脚：VL 端口对 LCD 对比度进行调整，利用 10K 的电位器调整，对比度随 VL引脚处电压的升高而减弱。第 4 脚：RS 端口进行寄存器选择。信号为 1 时，选择数据寄存器；信号为 0 时，选择指令寄存器。第 5 脚：RW 端口进行读写信号操作，信号为 1 时为读操作，信号为 0 时为写操作。当 RS 和 RW 的数字信号共同为 1 时写入显示地址或者指令；当 RS 数字信号为 0，RW数字信号为 1 时，读忙信
30、号；当 RS 数字信号为 1，RW 数字信号为 0 时，写入数据。第 6 脚：E 端口为使能端。E 端口信号由 1 变为 0 时，液晶模块刷新。第 714 脚：D0D7 是双向数据线，为 LCD 传送数据。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。3.3.3 LCD1602 指令和基本时序说明1602 液晶模块内部的控制器有 11 条控制指令，控制指令如表 3-2 所示。表 3-2 控制指令表序号 指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0
31、 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）117 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要写的数据内容11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过
32、指令编程来实现的 7。指令 1：清屏指令 RS=0，RW=0，01H 功能：清除液晶显示器，即将 DDRAM 中的内容全部填入 20H（空白字符）光标撤回显示屏左上方将地址计数器（ AC）设为 0，光标移动方向为从左向右，并且 DDRAM 的自增量为 1(I/D=1)9。指令 2：光标归位指令 RS=0,RW=0,0000_001X 功能：将地址计数器 (AC)设为00H，DDRAM 内容保持不变，光标移至左上角 9。指令 3：进入模式设置指令功能：设定每次写入 1 位数据后光标移位方向并且设定次写入一个字符是否移动 8。I/D=0 光标左移，DDRAM 地址自增 1；I/D=1 光标右移，D
33、DRAM 地址自增 1。SH=0 且 DDRAM 是读操作（ CGRAM 读或写） ，屏幕不移动；SH=1 且 DDRAM 是写操作，屏幕移动，移动方向由 I/D 决定。指令 4：显示开关控制功能：D=1，显示功能开； D=0，显示功能关，DDRAM 中的数据依然保留 9。C=1，有光标；C=0，没有光标。B=1，光标闪烁；B=0,光标不闪烁。指令 5：设置显示屏或光标移动方向的指令功能：整屏的移动或光标移动。S/C=0，R/L=0 光标左移，地址计数器减 1，显示内容和光标一起左移；S/C=0，R/L=1 光标右移，地址计数器加 1，即显示内容和光标一起右移。S/C=1，R/L=0 显示内容
34、左移。光标不移动。S/C=1，R/L=1 显示内容右移，光标不移动。指令 6：功能设定指令功能：设定数据总线位数、显示的行数及字形 9。DL=1,数据总线是 8 位；DL=0,数据总线是 4 位。N=0 ，显示一行；N=1,显示两行。F=0，5*7 点阵字符；F=1 ，5*11 点阵字符。指令 7：设定 CGRAM 地址指令功能：设定下一个要存入数据的 CGRAM 地址 9。指令 8：设定 DDRAM 地址。指令 9：读取忙信号或 AC 地址指令。如果 BF=1 为忙碌，无法接收数据或指令；BF=0 为不忙，可以接收数据、指令。指令 10：写数据。指令 11：读数据。基本操作时序表如表 3-3
35、 所示。表 3-3 LCD1602 基本操作时序表状态 输入 输出河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）12读状态 RS=L,RW=H,E=H DB0-DB7=状态字写指令 RS=L,RW=H,E=下降沿脉冲DB0-DB7=指令码 无读数据 RS=H,RW=H,E=H DB0-DB7=数据写数据 RS=H,RW=L,E=下降沿脉冲DB0-DB7=数据 无3.3.4 LCD1602 的 RAM 地址映射液晶显示模块是慢显示器件。显示操作前要进行忙检测，模块的忙标志为低电平时，表示不忙；忙标志位为高电平时，表示忙。检测为忙时显示指令失效。先输入显示字符的地址才能显示字符，LCD1602 的内
36、部显示地址如图 3-7 所示。图 3-7 内部显示地址图3.3.5 显示电路的设计液晶电子显示屏 LCD1602 是本设计的显示电路的显示设备，它与 STC89C52 产口通信主要是通过自己的端口与单片机的 P0 口连接起来实现的，利用单片机控制中心对系统中其他模块进行控制和使用，利用按键控制模块程序联系控制中心将数据信息和控制信息通过 LCD1602 显示刷新程序在 LCD1602 模块显示出来，使通过按键输入的数据信息可以实时地显示在 LCD1602 液晶屏上。LCD1602 的 D0D7 经上拉电阻与单片机的 P0 口相连，传送数据信息。引脚 P2.5-RS、P2.6-RW、 P2.7-
37、E 作为 LCD1602 与单片机连接的控制线，依此传输 LCD1602 的控制和显示信息。显示电路如图 3-8 所示。河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）13图 3-8 显示电路图3.4 单片机蜂鸣器报警电路设计蜂鸣器电路主要由蜂鸣器、1K 电阻、PNP 型三极管、VCC 和 GND 组成。蜂鸣器报警是当房间内人数超过设定值时蜂鸣器报警，蜂鸣器的正极接到 VCC 上，负极接到三极管的集电极，三极管的发射极接地，三极管的基极接一个 1K 的电阻，电阻另一头接到单片机的 P2.0 引脚。通过控制单片机 P2.0 引脚处，输出的高低电平来控制蜂鸣器的响与不响。蜂鸣器电路图如图 3-9 所示
38、。图 3-9 蜂鸣器电路图3.5 单片机出入指示灯电路设计指示灯电路由发光二极光和电阻组成。电阻的作用是限流，防止因为电流太大烧坏发光二极管。发光二极管具有单向导电性，当单片机输出低电平时发光二极管形成闭合电路，二极管亮。单片机通过接收红外线传感器的传感信号由单片机内部程序判断出人的进出方向，如果方向为进入时则发送低电平至 P1.0 使得 D2LED 绿灯亮，从而指示方向为进入；如果方向为外出时则发送低电平至 P1.1 使得 D3LED 红灯亮，从而指示方向为外河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）14出。D2LED 绿色发光二极管与 1k 电阻串联后发光二极管正极连接电源正极，发光二极
39、管负极连接 P1.0；D3LED 红色发光二极管与 1k 电阻串联后发光二极管正极连接电源正极，发光二极管负极连接 P1.1 形成出入指示灯电路。指示灯电路设计的电路图如图 3-10 所示。图 3-10 指示灯电路图3.6 单片机按键控制电路设计单片机按键控制电路由三个四角按键组成，按键分别直接连接单片机的正极和P3.5、P3.6、P3.7 引脚。在单片机内，控制模块根据实际情况可以预先设定容纳人数，其中按键 S1 为增加 1 人次，按键 S2 为减少 1 人次，按键 S3 为清空当前检测数据。如果进入人数超过了设定值，当前人数会通过 LCD1602 液晶显示器显示，并通过扬声器报警。S1 接
40、单片机 P3.5，S2 接单片机 P3.6，S3 接单片机 P3.7。按键控制电路如图 3-11 所示。图 3-11 按键控制电路图3.7 单片机电源电路设计电源电路由电源接口，六角自锁开关，1k 电阻，LED 电源指示灯组成，按下自锁按键接通电源时，LED 电源指示灯亮，表示电源接通。单片机的电源由移动电源提供，六角电源按下进入自锁状态，电源指示绿灯亮，单片机电路开始正常工作。电源电路如图3-12 所示。河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）15图 3-12 按键控制电路图3.8 单片机 PCB 板设计因为绘制 PCB 电路板需要使用 Altium Designer10 软件，所以我们
41、通过阅读软件使用介绍，观看网络上的软件使用教程视频来自主学习该软件的使用。掌握使用方法后，参考硬件资料选择好相应的元器件，查看相应封装的准确性，对所选器件进行位置安排，然后进行合理布线，最终形成 PCB 电路板图。此处将 PCB 图转化为 PDF 格式以方便查看，PCB 电路板如图 3-13 所示。图 3-13 电路板 PCB 图河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）164 系统的软件设计4.1 红外检测和计数模块设计红外检测和计数模块程序的功能是把红外线传感器检测到的两路信号送至 STC89C52单片机控制器来进行加和减计数，红外检测只有两种顺序由 1-2 表示进入，或由 2-1 表示
42、外出，两种通过方式。将实时人数和人数设定值循环不断地进行比较和查询，使用 LCD液晶屏实时显示监测统计数据。一旦大于人数设定值就发出报警信号进行报警，当实时人数重新低于或等于人数设定值，系统报警电路停止工作，计数系统恢复正常。红外检测和计数模块流程图如图 4-1 所示。开始数据初始化红外检测是否由传感器 1 经过 2I n 计数 + 1 ， 进指示灯亮人数当前值r e n s h uO u t 计数 + 1 ， 出指示灯亮Y N图 4-1 红外模块和计数模块流程图4.2 LCD1602 显示模块设计显示模块程序的功能是对单片机的显示信息加以查询，使 LCD 液晶显示器的第一行河北大学 2017
43、 届本科生毕业论文（设计）17和第二行能够不间断地刷新，用来实时显示房间内实时人数、人数设定值和进入、外出过的人数值。方便人员的观察和判断。显示模块流程图如图 4-2 所示。开始显示子程序初始化接收处理数据 （ 整型转换为字符型 ）接收处理数据 （ 整型转换为字符型 ）L C D 刷新显示数据图 4-2 显示模块流程图4.3 按键控制模块程序设计按键控制部分实现了房间人数容量的设定和重置统计系统的功能，其中 S1 按下 1 次，人数设定值增计数 1 次，其中 S2 按下 1 次，人数设定值减计数 1 次，S3 按下将统计信息全部归零即重置统计系统。按键控制程序流程图如图 4-3 所示。图 4-
44、3 按键控制模块程序流程图河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）184.4 报警电路模块程序设计报警电路功能是一直查询单片机内数据监测统计，当前人数大于设定值时，报警控制位有高电平输出，系统通过蜂鸣器报警提示监测人员，当前人数恢复低于或等于设定值时，蜂鸣器报警电路停止报警，通过蜂鸣器的响与不响来判断当前房间人数是否超过房间人数设定值。报警模块流程图如图 4-4 所示。开 始系 统 初 始 化当 前 人 数 是 否大 于 容 量 设 定 值报 警 电 路 关 闭报 警 电 路 报 警Y结 束N执 行 加 减 计 数N是 否 重 置 系 统Y图 4-4 报警模块流程图4.5 系统软件程序的整
45、体设计此程序功能是单片机上电，显示开机界面“Man-Count SYS”，然后进入工作界面即人数监测统计界面初始化人数设定值为 10，使用加减按键进行人数设定值的修改。通过对红外传感器模块的信号模拟来对进出人数进行统计并在显示屏显示，同时刷新显示房河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）19间当前的人数和容量设定值，如果房间内人数少于容量人数，则继续对房间内人数进行循环判断，如果房间内人数多于容量设定人数，则开始执行报警程序部分，蜂鸣器开始报警，提示房间内人数超出房间容量设定值。若系统继续执行，则循环判断房间内人数，当房间内人数少于设定人数时，解除报警程序，使系统恢复正常计数。整体系统流程
46、图如图 4-5 所示。开始系统初始化L C D 初始化 ， 显示 S Y S房间人数值设定L C D 显示当前监测统计情况蜂鸣器报警报警电路关闭传感器检测进行人数加减计数相应指示灯亮房间人数是否大于设定值结束YN是否重置系统参数YN河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）20图 4-5 整体系统流程图5 系统调试5.1 Protues 硬件仿真现在 Protues 是被人们广泛使用的仿真软件，可以实现按照电路原理图进行仿真布图、程序代码添加至芯片与各部分模块电路共同完成仿真的功能。我们主要使用它的 ISIS 功能部分，用来设计仿真原理图，为我们的设计提供了仿真的平台，帮助我们更好的将单片机
47、设计进行下去。在 Keil 中编写调试好程序后，生成一个.hex 格式的文件，通过 ISP 将程序下载到单片机芯片中，从而让仿真系统进行工作。将系统各部分硬件在 Protues 中，绘制仿真图，将 Keil 编译产生的.hex 文件添加到单片机芯片，开始仿真图的仿真工作，通过模拟实物检测的效果来观察模拟系统运行效果，从而达到观测实物系统的目的。系统仿真图如图 5-1 所示。图 5-1 系统仿真图图 5-2 LCD 开机显示界面河北大学 2017 届本科生毕业论文（设计）21图 5-3 LCD 统计显示界面实现仿真的程序的功能介绍：单片机上电后，显示开机界面“Man-Count SYS”，如图
48、5-2 所示。然后进入统计界面程序初始化人数设定值为 10，显示 In、Out、和实时人数，如图 5-3 所示。通过使用加按键 K1 和减按键 K2 进行人数设定值的修改，确定房间容纳人数值，在统计完成后清空统计情况使用 K3 按键。然后通过对红外传感器模块的信号模拟来对进入和外出人数进行统计，红外 1 按下表示红外线传感器模块 1 工作一次，红外2 同理。红外 1 和红外 2 先后依次工作一次表示进入 1 人次，In 显示加 1；红外 2 和红外1 先后依次工作一次表示外出 1 人次，Out 显示加 1。即以红外 1 和红外 2 的先后工作情况来判断人员的进入和外出情况。Renshu 显示为
49、房间实时人数和人数初始设定值。显示屏显示实时监测结果。当房间实时人数大于人数设定值时，蜂鸣器报警电路开始工作，房间内实时人数在设定值范围时，报警电路停止工作，计数系统继续工作。5.2 Protues 仿真情况分析仿真过程中，出现了 LCD 屏幕背光灯亮但是没有数据显示的情况，检查发现上拉电阻没有正确接入仿真电路中，重新绘制后 LCD1602 仍不能正确显示，仔细检查各部分，在程序中发现显示子程序中的 RS 和 EN 引脚分别接 P2.7 和 P2.5 匹配出现错误，改正后显示子程序中的 RS 和 EN 引脚分别接 P2.5 和 P2.7，终于实现了 LCD 屏的正常显示。图 5-4 LCD 仿真测试显示在 Protues 软件中，单击开始仿真按钮，人数流动统计系统开始工作，LCD1602 液晶屏进入工作界面。通过加按键 K1 和减按键 K2 测试设定房间人数容量，初始的 10 人数设定调整为 6。通过按下红外 1、2 按键模拟进入和外出，同时相应进出指示灯闪亮。按键顺序由 1-2 为进入模拟，进入 7 次后超过设定值 6，蜂鸣器响铃报警。按键顺序由 2-1 为外出模拟，进入 8 次外
