基于STM32單片機(jī)大型消費(fèi)場(chǎng)所人流監(jiān)控系統(tǒng)

基于STM32單片機(jī)的安檢場(chǎng)所智能人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景

隨著社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，各類公共場(chǎng)所的安全管理顯得尤為重要。特別是在機(jī)場(chǎng)、火車站、商場(chǎng)、醫(yī)院等場(chǎng)所，如何在保證安全的前提下，提高通行效率，減少排隊(duì)等待時(shí)間，成為了智能化安檢系統(tǒng)的重要課題。人流量統(tǒng)計(jì)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(shí)掌握?qǐng)鏊鶅?nèi)的人員流動(dòng)情況，提供更加精確的流量預(yù)測(cè)，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(chǔ)與分析技術(shù)，能夠?yàn)槿肆髁康膶?shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警提供有力支持。

本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32單片機(jī)的智能人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)高效的傳感器數(shù)據(jù)采集和智能化分析，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)所內(nèi)人員流動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、體溫檢測(cè)、隊(duì)列時(shí)間預(yù)測(cè)等功能，確保安全的同時(shí)提升通行效率，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

該智能人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1. 入場(chǎng)與出場(chǎng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)：利用紅外激光傳感器，分別在入口和出口處檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)人員的流入和流出數(shù)量。
2. 隊(duì)列通過(guò)時(shí)間統(tǒng)計(jì)：根據(jù)每個(gè)人經(jīng)過(guò)時(shí)間（30秒）和隊(duì)列人數(shù)，估算隊(duì)列通過(guò)所需的總時(shí)間，提供給工作人員進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度。
3. 液晶屏顯示：通過(guò)LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前場(chǎng)所內(nèi)的人員數(shù)量以及預(yù)計(jì)的排隊(duì)時(shí)間。
4. 體溫檢測(cè)與報(bào)警：通過(guò)非接觸式紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)進(jìn)入人員的體溫，當(dāng)體溫超過(guò)37.3°C時(shí)，啟用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并顯示體溫信息。
5. 語(yǔ)音播報(bào)：檢測(cè)到人員進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟用語(yǔ)音播報(bào)模塊，提示“請(qǐng)拿好隨身包裹排隊(duì)過(guò)安檢”；當(dāng)無(wú)人員時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉播報(bào)功能，避免噪音干擾。
6. 數(shù)據(jù)上傳與云存儲(chǔ)：通過(guò)WIFI模塊與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行連接，利用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至云端，支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析及歷史數(shù)據(jù)回溯。
7. 網(wǎng)頁(yè)端展示：后端服務(wù)器通過(guò)Python技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拉取，設(shè)計(jì)HTML前端頁(yè)面，以可視化的形式展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持瀏覽器訪問(wèn)。

項(xiàng)目硬件模塊組成

1. 主控芯片：STM32F103

• STM32F103單片機(jī)作為主控芯片，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，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(jìn)行控制操作。

2. 紅外激光傳感器

• 用于檢測(cè)進(jìn)出場(chǎng)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(chǎng)所的高密度人員檢測(cè)。

3. 非接觸式紅外測(cè)溫傳感器

• 用于檢測(cè)進(jìn)場(chǎng)人員的體溫，及時(shí)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(diǎn)。

4. LCD液晶顯示屏

• 用于實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的人員流動(dòng)情況，包括當(dāng)前人數(shù)、隊(duì)列通過(guò)時(shí)間、人員體溫等信息，簡(jiǎn)潔直觀地展示關(guān)鍵信息。

5. 蜂鳴器

• 用于體溫異常報(bào)警，發(fā)出警示音提示工作人員。

6. 語(yǔ)音播報(bào)模塊

• 用于人員進(jìn)入時(shí)自動(dòng)播報(bào)語(yǔ)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(tái)連接，通過(guò)MQTT協(xié)議上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析。

8. 華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

• 提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與云端展示，用戶可以通過(guò)PC端或手機(jī)端進(jìn)行實(shí)時(shí)查看和遠(yuǎn)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(jì)思路

1. 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以STM32F103為主控芯片，其他各類傳感器和模塊通過(guò)SPI、I2C、UART等通信方式與STM32單片機(jī)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(guò)檢測(cè)激光束的中斷情況來(lái)統(tǒng)計(jì)入場(chǎng)與出場(chǎng)人員的數(shù)量。
• 非接觸式紅外測(cè)溫傳感器：連接至STM32的ADC接口，用于檢測(cè)人員體溫，超標(biāo)時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。
• LCD液晶顯示屏：通過(guò)SPI接口與STM32連接，用于顯示當(dāng)前人員統(tǒng)計(jì)信息和預(yù)計(jì)排隊(duì)時(shí)間。
• 語(yǔ)音播報(bào)模塊：采用GPIO控制，通過(guò)播放預(yù)設(shè)的語(yǔ)音提示來(lái)引導(dǎo)進(jìn)入人員。
• WIFI模塊：通過(guò)UART與STM32連接，用于與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通信，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云端。
• 蜂鳴器：連接到STM32的GPIO口，當(dāng)體溫超標(biāo)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

2. 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
• 隊(duì)列時(shí)間計(jì)算模塊：根據(jù)已知的每人通行時(shí)間（30秒），結(jié)合當(dāng)前隊(duì)列人數(shù)，計(jì)算預(yù)計(jì)的隊(duì)列通過(guò)時(shí)間。
• 數(shù)據(jù)上傳模塊：通過(guò)WIFI模塊，將采集的數(shù)據(jù)（包括入場(chǎng)、出場(chǎng)人數(shù)、體溫、預(yù)計(jì)排隊(duì)時(shí)間等）上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
• 顯示模塊：實(shí)時(shí)更新液晶顯示屏，顯示當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)人數(shù)、體溫等信息，并根據(jù)傳感器反饋的信息動(dòng)態(tài)顯示。
• 報(bào)警模塊：當(dāng)體溫超標(biāo)時(shí)，啟用蜂鳴器報(bào)警，并通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)提示語(yǔ)。

3. 云平臺(tái)數(shù)據(jù)管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。設(shè)備將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)上傳到云端，云端服務(wù)器通過(guò)API接口獲取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。用戶可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)前端頁(yè)面，查看當(dāng)前場(chǎng)所的人員流動(dòng)情況、體溫異常警報(bào)、歷史數(shù)據(jù)分析等。

4. 網(wǎng)頁(yè)展示與遠(yuǎn)程監(jiān)控

通過(guò)Python開(kāi)發(fā)后端服務(wù)器，利用HTML、CSS和JavaScript技術(shù)設(shè)計(jì)前端展示頁(yè)面，實(shí)時(shí)展示各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并支持報(bào)警提示。用戶可以通過(guò)電腦或手機(jī)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，查看場(chǎng)所的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有豐富的外設(shè)接口，適用于各種實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。其工作頻率最高可達(dá)到72MHz，具有較強(qiáng)的計(jì)算能力和較低的功耗，非常適合本項(xiàng)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(guò)發(fā)射和接收紅外激光束來(lái)檢測(cè)物體的穿越。當(dāng)有物體穿越激光束時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到光的中斷，從而實(shí)現(xiàn)人員的統(tǒng)計(jì)。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(shí)時(shí)檢測(cè)。

3. 非接觸式紅外測(cè)溫傳感器

該傳感器通過(guò)紅外線探測(cè)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(diǎn)，非常適合公共場(chǎng)所的體溫篩查。

4. ESP8266 WIFI模塊

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

總結(jié)

本項(xiàng)目基于STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)的智能人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，成功集成了紅外激光傳感器、紅外測(cè)溫傳感器、語(yǔ)音播報(bào)模塊、WIFI模塊等多種硬件模塊，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、云存儲(chǔ)和可視化展示功能。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控安檢場(chǎng)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(shí)的處理信息，確保公共安全和流通效率。

通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了STM32單片機(jī)在智能安檢系統(tǒng)中的強(qiáng)大功能，同時(shí)也展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。

STM32代碼設(shè)計(jì)

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

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "temperature_sensor.h"  // 非接觸式紅外測(cè)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(yǔ)音播報(bào)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(dāng)前進(jìn)入人數(shù)
uint16_t people_out_count = 0; // 當(dāng)前離開(kāi)人數(shù)
uint16_t current_people_count = 0;  // 當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)人數(shù)
float current_temperature = 0.0;    // 當(dāng)前體溫
uint16_t queue_time = 0;            // 隊(duì)列通過(guò)時(shí)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(jì)算隊(duì)列通過(guò)時(shí)間（假設(shè)每人通過(guò)時(shí)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(cè)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(qǐng)注意！");
        } else {
            Voice_Prompt_Say("請(qǐng)拿好隨身包裹排隊(duì)過(guò)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(cè)入口
        if (Read_InfraredSensor_Entrance()) {
            Handle_People_In();
        }
        
        // 檢測(cè)出口
        if (Read_InfraredSensor_Exit()) {
            Handle_People_Out();
        }
        
        // 更新信息顯示
        Display_Info();

    }
}

主要模塊功能說(shuō)明：

1. 紅外激光傳感器模塊（入口與出口檢測(cè)）：
   • 通過(guò)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(hào)，從而判斷人員的進(jìn)入和離開(kāi)。
2. 非接觸式紅外測(cè)溫傳感器：
   • 通過(guò)TemperatureSensor_Init初始化紅外測(cè)溫傳感器。
   • 使用Read_Temperature函數(shù)獲取當(dāng)前檢測(cè)人員的體溫，如果體溫超過(guò)37.3度，則觸發(fā)蜂鳴器警報(bào)和語(yǔ)音提示。
3. LCD顯示模塊：
   • 通過(guò)LCD_Init初始化LCD顯示屏。
   • 使用LCD_Display_Info函數(shù)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)人數(shù)、預(yù)計(jì)隊(duì)列通過(guò)時(shí)間和檢測(cè)到的體溫。
4. 蜂鳴器模塊：
   • 通過(guò)Buzzer_Alert觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員體溫異常。
5. 語(yǔ)音播報(bào)模塊：
   • 通過(guò)Voice_Prompt_Init初始化語(yǔ)音播報(bào)模塊。
   • 使用Voice_Prompt_Say函數(shù)進(jìn)行語(yǔ)音提示，檢測(cè)到人員進(jìn)入時(shí)播放“請(qǐng)拿好隨身包裹排隊(duì)過(guò)安檢”，體溫異常時(shí)播放“體溫異常，請(qǐng)注意！”。
6. WIFI和MQTT模塊：
   • 通過(guò)WiFi_Init初始化WIFI模塊。
   • 通過(guò)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如入場(chǎng)人數(shù)、出場(chǎng)人數(shù)、體溫等）上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
7. 隊(duì)列時(shí)間統(tǒng)計(jì)：
   • 每當(dāng)人員進(jìn)場(chǎng)或離場(chǎng)時(shí)，計(jì)算隊(duì)列通過(guò)的時(shí)間。每個(gè)進(jìn)場(chǎng)人員假定通過(guò)時(shí)間為30秒，計(jì)算并更新預(yù)計(jì)的隊(duì)列通過(guò)時(shí)間。

函數(shù)說(shuō)明：

• System_Init: 初始化所有硬件模塊，包括LCD、傳感器、語(yǔ)音播報(bào)、WIFI、MQTT等。
• Display_Info: 更新LCD顯示，顯示當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)人數(shù)、隊(duì)列時(shí)間和體溫信息。
• Update_Queue_Time: 更新隊(duì)列通過(guò)的時(shí)間（假設(shè)每個(gè)人通過(guò)時(shí)間為30秒）。
• Handle_People_In: 處理進(jìn)入人員的統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)體溫，上傳數(shù)據(jù)到物聯(lián)網(wǎng)云端。
• Handle_People_Out: 處理離開(kāi)人員的統(tǒng)計(jì)，更新當(dāng)前場(chǎng)內(nèi)人數(shù)。
• main: 主函數(shù)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，定期讀取傳感器數(shù)據(jù)并處理。

結(jié)束語(yǔ)：

這段代碼為安檢場(chǎng)所智能人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)提供了核心功能的實(shí)現(xiàn)，包括人員流動(dòng)統(tǒng)計(jì)、體溫檢測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、語(yǔ)音播報(bào)、數(shù)據(jù)上傳等。各子模塊已經(jīng)假設(shè)是獨(dú)立實(shí)現(xiàn)并正常工作的，系統(tǒng)通過(guò)STM32單片機(jī)進(jìn)行高效的控制與數(shù)據(jù)處理。