基于STM32單片機大型消費場所人流監(jiān)控系統(tǒng)

基于STM32單片機的安檢場所智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計

項目開發(fā)背景

隨著社會的發(fā)展和城市化進程的加快，各類公共場所的安全管理顯得尤為重要。特別是在機場、火車站、商場、醫(yī)院等場所，如何在保證安全的前提下，提高通行效率，減少排隊等待時間，成為了智能化安檢系統(tǒng)的重要課題。人流量統(tǒng)計系統(tǒng)作為現(xiàn)代智能安檢系統(tǒng)的重要組成部分，能夠?qū)崟r掌握場所內(nèi)的人員流動情況，提供更加精確的流量預(yù)測，幫助安保人員做出快速響應(yīng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲與分析技術(shù)，能夠為人流量的實時監(jiān)控與預(yù)警提供有力支持。

本項目旨在設(shè)計一個基于STM32單片機的智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)，通過高效的傳感器數(shù)據(jù)采集和智能化分析，實現(xiàn)場所內(nèi)人員流動的實時監(jiān)控、體溫檢測、隊列時間預(yù)測等功能，確保安全的同時提升通行效率，并通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與遠程監(jiān)控。

設(shè)計實現(xiàn)的功能

該智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能如下：

1. 入場與出場人數(shù)統(tǒng)計：利用紅外激光傳感器，分別在入口和出口處檢測并統(tǒng)計人員的流入和流出數(shù)量。
2. 隊列通過時間統(tǒng)計：根據(jù)每個人經(jīng)過時間（30秒）和隊列人數(shù)，估算隊列通過所需的總時間，提供給工作人員進行動態(tài)調(diào)度。
3. 液晶屏顯示：通過LCD液晶顯示屏實時顯示當前場所內(nèi)的人員數(shù)量以及預(yù)計的排隊時間。
4. 體溫檢測與報警：通過非接觸式紅外測溫傳感器檢測進入人員的體溫，當體溫超過37.3°C時，啟用蜂鳴器進行報警，并顯示體溫信息。
5. 語音播報：檢測到人員進入時，系統(tǒng)自動啟用語音播報模塊，提示“請拿好隨身包裹排隊過安檢”；當無人員時，自動關(guān)閉播報功能，避免噪音干擾。
6. 數(shù)據(jù)上傳與云存儲：通過WIFI模塊與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺進行連接，利用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至云端，支持數(shù)據(jù)存儲、分析及歷史數(shù)據(jù)回溯。
7. 網(wǎng)頁端展示：后端服務(wù)器通過Python技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)拉取，設(shè)計HTML前端頁面，以可視化的形式展示實時數(shù)據(jù)，支持瀏覽器訪問。

項目硬件模塊組成

1. 主控芯片：STM32F103

• STM32F103單片機作為主控芯片，具有高性能、低功耗的特點，內(nèi)置多種外設(shè)接口，能夠靈活地連接各類傳感器和模塊，處理復(fù)雜的傳感數(shù)據(jù)并進行控制操作。

2. 紅外激光傳感器

• 用于檢測進出場所的人流量，紅外激光傳感器具備較高的精度和響應(yīng)速度，適合安檢場所的高密度人員檢測。

3. 非接觸式紅外測溫傳感器

• 用于檢測進場人員的體溫，及時發(fā)現(xiàn)體溫異常的人員。該傳感器具備非接觸式、高精度、快速響應(yīng)等優(yōu)點。

4. LCD液晶顯示屏

• 用于實時顯示當前的人員流動情況，包括當前人數(shù)、隊列通過時間、人員體溫等信息，簡潔直觀地展示關(guān)鍵信息。

5. 蜂鳴器

• 用于體溫異常報警，發(fā)出警示音提示工作人員。

6. 語音播報模塊

• 用于人員進入時自動播報語音提示，提高通行效率，避免人工干預(yù)。

7. WIFI模塊（ESP8266）

• 用于與云平臺連接，通過MQTT協(xié)議上傳實時數(shù)據(jù)，支持物聯(lián)網(wǎng)云平臺的數(shù)據(jù)存儲和分析。

8. 華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺

• 提供數(shù)據(jù)存儲與云端展示，用戶可以通過PC端或手機端進行實時查看和遠程管理。

9. 電源管理模塊

• 提供5V穩(wěn)定電源，為系統(tǒng)的所有模塊供電。

設(shè)計思路

1. 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計以STM32F103為主控芯片，其他各類傳感器和模塊通過SPI、I2C、UART等通信方式與STM32單片機連接。主要模塊的接口和工作原理如下：

• 紅外激光傳感器：分別安裝在入口和出口處，通過檢測激光束的中斷情況來統(tǒng)計入場與出場人員的數(shù)量。
• 非接觸式紅外測溫傳感器：連接至STM32的ADC接口，用于檢測人員體溫，超標時觸發(fā)蜂鳴器報警。
• LCD液晶顯示屏：通過SPI接口與STM32連接，用于顯示當前人員統(tǒng)計信息和預(yù)計排隊時間。
• 語音播報模塊：采用GPIO控制，通過播放預(yù)設(shè)的語音提示來引導(dǎo)進入人員。
• WIFI模塊：通過UART與STM32連接，用于與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺通信，將數(shù)據(jù)實時上傳到云端。
• 蜂鳴器：連接到STM32的GPIO口，當體溫超標時，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

2. 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為以下幾個模塊：

• 傳感器數(shù)據(jù)采集模塊：定期讀取紅外激光傳感器、體溫傳感器等數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理與分析。
• 隊列時間計算模塊：根據(jù)已知的每人通行時間（30秒），結(jié)合當前隊列人數(shù)，計算預(yù)計的隊列通過時間。
• 數(shù)據(jù)上傳模塊：通過WIFI模塊，將采集的數(shù)據(jù)（包括入場、出場人數(shù)、體溫、預(yù)計排隊時間等）上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。
• 顯示模塊：實時更新液晶顯示屏，顯示當前場內(nèi)人數(shù)、體溫等信息，并根據(jù)傳感器反饋的信息動態(tài)顯示。
• 報警模塊：當體溫超標時，啟用蜂鳴器報警，并通過語音播報模塊播報提示語。

3. 云平臺數(shù)據(jù)管理

通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和分析。設(shè)備將實時采集的數(shù)據(jù)上傳到云端，云端服務(wù)器通過API接口獲取數(shù)據(jù)并存儲。用戶可以通過瀏覽器訪問前端頁面，查看當前場所的人員流動情況、體溫異常警報、歷史數(shù)據(jù)分析等。

4. 網(wǎng)頁展示與遠程監(jiān)控

通過Python開發(fā)后端服務(wù)器，利用HTML、CSS和JavaScript技術(shù)設(shè)計前端展示頁面，實時展示各項數(shù)據(jù)，并支持報警提示。用戶可以通過電腦或手機訪問網(wǎng)頁，查看場所的實時數(shù)據(jù)并進行遠程監(jiān)控。

系統(tǒng)功能總結(jié)

使用的模塊的技術(shù)詳情介紹

1. STM32F103

STM32F103系列單片機基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有豐富的外設(shè)接口，適用于各種實時性要求高的應(yīng)用。其工作頻率最高可達到72MHz，具有較強的計算能力和較低的功耗，非常適合本項目中的多任務(wù)并行處理需求。

2. 紅外激光傳感器

紅外激光傳感器通過發(fā)射和接收紅外激光束來檢測物體的穿越。當有物體穿越激光束時，傳感器會檢測到光的中斷，從而實現(xiàn)人員的統(tǒng)計。該傳感器具有較高的精度和響應(yīng)速度，適合高密度環(huán)境中的實時檢測。

3. 非接觸式紅外測溫傳感器

該傳感器通過紅外線探測物體（如人體）的溫度，具有非接觸式、高精度和快速響應(yīng)的特點，非常適合公共場所的體溫篩查。

4. ESP8266 WIFI模塊

ESP8266是一個低成本的WIFI模塊，集成了完整的TCP/IP協(xié)議棧，可通過AT指令控制，方便與STM32進行通信。通過WIFI，ESP8266能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)上傳到云端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

總結(jié)

本項目基于STM32單片機開發(fā)的智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)，成功集成了紅外激光傳感器、紅外測溫傳感器、語音播報模塊、WIFI模塊等多種硬件模塊，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)采集、云存儲和可視化展示功能。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控安檢場所的人流量，還能有效預(yù)警體溫異常，為安檢人員提供及時的處理信息，確保公共安全和流通效率。

通過本項目的設(shè)計與實現(xiàn)，體現(xiàn)了STM32單片機在智能安檢系統(tǒng)中的強大功能，同時也展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實際應(yīng)用中的巨大潛力。

STM32代碼設(shè)計

下面是基于STM32單片機的安檢場所智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)的main.c代碼示例。在本代碼中，重點是如何將這些模塊結(jié)合起來，處理數(shù)據(jù)，顯示信息并上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺。

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "temperature_sensor.h"  // 非接觸式紅外測溫傳感器接口
#include "infrared_sensor.h"      // 紅外激光傳感器接口
#include "wifi.h"                 // WIFI模塊接口
#include "buzzer.h"               // 蜂鳴器接口
#include "voice_prompt.h"         // 語音播報接口
#include "mqtt.h"                 // MQTT接口

#define MAX_PEOPLE_IN 100  // 最大允許人數(shù)
#define MAX_PEOPLE_OUT 100 // 最大允許人數(shù)

uint16_t people_in_count = 0;  // 當前進入人數(shù)
uint16_t people_out_count = 0; // 當前離開人數(shù)
uint16_t current_people_count = 0;  // 當前場內(nèi)人數(shù)
float current_temperature = 0.0;    // 當前體溫
uint16_t queue_time = 0;            // 隊列通過時間（秒）

// 外部函數(shù)聲明
extern void InfraredSensor_Init(void);
extern uint8_t Read_InfraredSensor_Entrance(void);
extern uint8_t Read_InfraredSensor_Exit(void);
extern void TemperatureSensor_Init(void);
extern float Read_Temperature(void);
extern void LCD_Init(void);
extern void LCD_Display_Info(uint16_t people_count, uint16_t time, float temp);
extern void Buzzer_Alert(void);
extern void Voice_Prompt_Init(void);
extern void Voice_Prompt_Say(char *message);
extern void WiFi_Init(void);
extern void MQTT_Init(void);
extern void MQTT_Send_Data(char *topic, char *data);

void System_Init(void) {
    // 初始化硬件模塊
    LCD_Init();
    InfraredSensor_Init();
    TemperatureSensor_Init();
    Voice_Prompt_Init();
    WiFi_Init();
    MQTT_Init();
}

void Display_Info(void) {
    // 更新LCD顯示
    LCD_Display_Info(current_people_count, queue_time, current_temperature);
}

void Update_Queue_Time(void) {
    // 計算隊列通過時間（假設(shè)每人通過時間為30秒）
    queue_time = current_people_count * 30;
}

void Handle_People_In(void) {
    if (people_in_count < MAX_PEOPLE_IN) {
        people_in_count++;
        current_people_count = people_in_count - people_out_count;
        Update_Queue_Time();
        // 檢測體溫
        current_temperature = Read_Temperature();
        if (current_temperature > 37.3) {
            Buzzer_Alert();  // 體溫異常，觸發(fā)蜂鳴器
            Voice_Prompt_Say("體溫異常，請注意！");
        } else {
            Voice_Prompt_Say("請拿好隨身包裹排隊過安檢");
        }
        // 上傳數(shù)據(jù)到云
        char data[100];
        snprintf(data, sizeof(data), "{"people_in":%d, "people_out":%d, "temperature":%.2f}", people_in_count, people_out_count, current_temperature);
        MQTT_Send_Data("security/people_count", data);
    }
}

void Handle_People_Out(void) {
    if (people_out_count < people_in_count) {
        people_out_count++;
        current_people_count = people_in_count - people_out_count;
        Update_Queue_Time();
    }
}

int main(void) {
    // 系統(tǒng)初始化
    System_Init();
    
    // 主循環(huán)
    while (1) {
        // 檢測入口
        if (Read_InfraredSensor_Entrance()) {
            Handle_People_In();
        }
        
        // 檢測出口
        if (Read_InfraredSensor_Exit()) {
            Handle_People_Out();
        }
        
        // 更新信息顯示
        Display_Info();

    }
}

主要模塊功能說明：

1. 紅外激光傳感器模塊（入口與出口檢測）：
   • 通過InfraredSensor_Init初始化紅外傳感器。
   • 使用Read_InfraredSensor_Entrance和Read_InfraredSensor_Exit函數(shù)分別讀取入口和出口的紅外傳感器信號，從而判斷人員的進入和離開。
2. 非接觸式紅外測溫傳感器：
   • 通過TemperatureSensor_Init初始化紅外測溫傳感器。
   • 使用Read_Temperature函數(shù)獲取當前檢測人員的體溫，如果體溫超過37.3度，則觸發(fā)蜂鳴器警報和語音提示。
3. LCD顯示模塊：
   • 通過LCD_Init初始化LCD顯示屏。
   • 使用LCD_Display_Info函數(shù)實時顯示當前場內(nèi)人數(shù)、預(yù)計隊列通過時間和檢測到的體溫。
4. 蜂鳴器模塊：
   • 通過Buzzer_Alert觸發(fā)蜂鳴器報警，提醒工作人員體溫異常。
5. 語音播報模塊：
   • 通過Voice_Prompt_Init初始化語音播報模塊。
   • 使用Voice_Prompt_Say函數(shù)進行語音提示，檢測到人員進入時播放“請拿好隨身包裹排隊過安檢”，體溫異常時播放“體溫異常，請注意！”。
6. WIFI和MQTT模塊：
   • 通過WiFi_Init初始化WIFI模塊。
   • 通過MQTT_Init初始化MQTT客戶端，連接到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。
   • 使用MQTT_Send_Data函數(shù)將實時數(shù)據(jù)（如入場人數(shù)、出場人數(shù)、體溫等）上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。
7. 隊列時間統(tǒng)計：
   • 每當人員進場或離場時，計算隊列通過的時間。每個進場人員假定通過時間為30秒，計算并更新預(yù)計的隊列通過時間。

函數(shù)說明：

• System_Init: 初始化所有硬件模塊，包括LCD、傳感器、語音播報、WIFI、MQTT等。
• Display_Info: 更新LCD顯示，顯示當前場內(nèi)人數(shù)、隊列時間和體溫信息。
• Update_Queue_Time: 更新隊列通過的時間（假設(shè)每個人通過時間為30秒）。
• Handle_People_In: 處理進入人員的統(tǒng)計，檢測體溫，上傳數(shù)據(jù)到物聯(lián)網(wǎng)云端。
• Handle_People_Out: 處理離開人員的統(tǒng)計，更新當前場內(nèi)人數(shù)。
• main: 主函數(shù)，控制整個系統(tǒng)的運行，定期讀取傳感器數(shù)據(jù)并處理。

結(jié)束語：

這段代碼為安檢場所智能人流量統(tǒng)計系統(tǒng)提供了核心功能的實現(xiàn)，包括人員流動統(tǒng)計、體溫檢測、實時顯示、語音播報、數(shù)據(jù)上傳等。各子模塊已經(jīng)假設(shè)是獨立實現(xiàn)并正常工作的，系統(tǒng)通過STM32單片機進行高效的控制與數(shù)據(jù)處理。