随着现代社会信息化的飞速发展，公共场所人数自动识别在交通、商业、公共安全等领域有着非常重要的实用价值和广阔的前景。通过对某一区域的人数进行统计，可以方便地对资源进行分配和调度，实现资源的高效利用。例如，对高层建筑电梯外候车人数的检测，可以根据候车人数与时间的差异，改变电梯的调度策略。统计在公共交通车站等候巴士的人数，调整工作车辆的数目，并监察交通情况。统计公共车辆和其他交通工具上的人数，检测进出固定区域的人数。

目前，人群人数检测系统主要包括:采用图像识别原理的人数检测系统、采用红外体感器的人数检测系统、采用光电开关检测的人数检测系统。图像识别的人数检测系统选取大量含有人体特征的图片，利用图像处理分离器对样本进行分析，检测出固定区域图像中的人数。红外人体传感器检测系统受环境阴影噪声影响明显，误差较大。由于重叠人群的限制和检测面积小，采用光电开关检测方式的系统检测误差也较大。

超声波在空气中传播不易受到周围环境的干扰，且衰减速度慢，传播距离长，还具有易于实现、成本低、可靠性好等优点。目前，超声波传感器阵列广泛应用于障碍物定位、车辆避碰系统和机器人避障系统中。

这些系统不具备测量人数的功能，其结构、测量原理和安装方式与本系统不同。

1系统总体设计

超声波传感器阵号自动检测系统是基于超声波测距原理研制的。

该系统主要由微处理器、电源模块、输出通信接口模块、输出数字接口模块、按键盘模块、显示驱动模块、显示模块、超声波信号放大电路模块、超声波发射阵列、超声波接收阵列、超声波信号接收与切换阵列、超声波接收信号处理电路阵列等组成。

2 系统工作原理

超声波发射阵列组和超声波接收阵列组安装在人群上方的区域，超声波发射阵列组和超声波接收阵列组与人群所在区域的支撑平面之间的距离为2 ~ 5m。人群上方的区域根据蜂巢划分为六边形。六角形区域的中心安装超声波发射器和超声波接收器，两个超声波发射器和两个超声波接收器之间的间距为200 ~ 400nlm。选择发散角较小的超声波传感器。传感器离地面越高，就越需要对传感器进行扩展设备之间的距离。

蜂窝六边形划分的意义示意图如图2所示。在图2中，每个六边形按排列顺序编号。按行号将超声波传感器阵列分为四组:奇数行奇数列组、偶数行偶数列组、奇数行偶数列组、偶数行奇数列组。系统使用40kh、50kh、60kh或70kh的超声波接收器和超声波发射器。

图2超声波传感器划分示意图

系统工作时，由微处理器单元产生超声波电压信号，超声波电压信号持续时间为1雉。超声波驱动电压信号经超声波信号放大电路模块放大后，再驱动超声波发射阵列。安装在上方的超声波发射阵列发出超声波信号，超声波传感器采用直接反射的检测方式。超声波在空气中传播，遇到地面或地面上的人，超声波会被反射。反射的超声波被超声波接收器阵列接收并转换成电信号。不同超声波接收器阵列中每个超声波接收器发出的电信号由超声波开关电路选择，传送到超声波接收信号处理模块进行信号处理。处理后的超声波电信号传送到微处理器单元，微处理器单元自动测量从超声波发射机传来的超声波，使超声波被超声波接收器反射和接收。通过软件计算某一超声波发射器和超声波接收器与地面或人在超声波发射器和超声波接收器下的距离。

在系统正式运行之前，需要在地面空的情况下保存测量距离。如果在系统运行过程中测量到的距离小于保存的距离，并且超出了设定的范围，则判断超声波发射器和超声波接收器下面有人。根据测得的每组超声波发射器和超声波接收器之间的距离，判断其下方是否有人，然后将所有超声波发射器和超声波接收器下方的人数相加。这个数字乘以一个人口聚集系数，得到该地区的人口总数。人数组合系数一般在系统安装现场通过实验标定。实验表明，根据传感器离地面高度的不同，人数的综合系数一般为0。2 - 0。5人的房间。根据超声波发射器和超声波接收器的位置确定该地区人口的分布位置。

3 系统软硬件设计

3.1微处理器

系统的微处理器采用ST公司生产的ST C89C52单片机，并采用最小系统的单片机作为电源模块。STC 89C52在指令系统、硬件结构和片上资源方面与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051引脚兼容。stc89系列单片机速度快(时钟频率最高90m H z)，功耗低。在单片机最小系统的基础上，主要对代码显示电路、超声波发射接收电路和通信接口电路进行了扩展。

3.2信号处理电路

采用集成电路芯片cx20106作为信号处理的主电路。电路如图3 U S-R所示。对于超声波接收头，UT-INT在接收到超声波时会产生下降沿，该下降沿与单片机的外部中断连接。由微处理器计算下降沿产生的发射信号与接收信号之间的时间长度，然后通过数学计算转换成距离，再显示在显示器上。

图3信号处理电路

3.3超声波信号接收开关阵列

为了避免相邻的超声波接收器与超声波发射器或超声波收发器之间的相互干扰，系统设置了分时测量模式和分频测量模式两种工作模式。当采用分时测量方法时，超声波接收器和超声波发射器选择一个频率装置。超声波信号接收与开关电路如图4所示。

图4 超声波信号接收切换电路

由微处理器发送的逻辑电平控制 74／_5 126 选通超声波接收器阵列组中的奇数行奇数列组、偶数行偶数列组、奇数行偶数列组、偶数行奇数列组依次工作，分 4 次测量得到整个区域的人数。系统工作采用分频测量方式时，超声波接收器和超声波发送器或超声波收发器选用 4 种不同频率的器件，奇数行奇数列组、偶数行偶数列组、奇数行偶数列组、偶数行奇数列组的器件的每组之间的频率各不相同，组内所有器件的频率相同。

3.4 显示驱动模块

显示驱动包括一个显示驱动芯片MAX7219电路和4个数码管显示器，其与单片机的连接只需要3条线：LOAD ( CS ) 片选引脚、 CLK串行时钟引脚、DIN串行数据引脚。显示驱动模块电路如图5。

图5 显示驱动模块电路

4 软件设计

系统软件包括主程序、超声波收发子程序、数字显示子程序和输出结果子程序。初始化主程序并调用子程序。

系统启动程序后，首先对程序进行初始化，然后用相应的计时器设置参数。之后，单片机产生一系列40 KKH z的超声波，同时启动定时器。由于超声波发射和接收的反射结构，它们在同一条线上，两个探头彼此相对较近。为了避免发射探头在接收探头上的阴影，有必要延迟启动超声波接收检测程序。微处理器开关阵列选择相应通道准备接收超声波信号。如果有多个接收信号，则选择循环扫描的方式。计算完距离后，取不定范围内的数字之和，直到逐个开关开关。结果数据通过数字显示管显示。

5 结束语

本文介绍的数字自动检测系统是基于超声波传感器阵列，具有安装简单、测量精度高、稳定性好等特点。适用于公交车、电梯等需要按人数调度的场所，使车辆或电梯调度最优化。避免资源消耗。该系统设计已获得专利。

系统统计区域内人数的时间间隔为0.5s。根据后续处理前后两次测量的人的位置数据的变化，可以得到该区域内的人的移动情况，以及人进入和离开该区域的情况。

目前，超声波已应用于倒车雷达、盲导系统、自动驾驶汽车等多个领域。该系统与其他系统的兼容性有待进一步研究。

参考文献

[1] 张春华，谢永军，周政毅，等．公共场所人数检测统计系统的设计 [J] ，广东工业大学学报，20 12 ，29 (3 ) ：63 —67．

[2] 赵炯，林旺城，贾培源，等．公共娱乐场所人数统计系统研究[J] ．自动化仪表，2009 ，30 (6 ) ：62 —65．

[3] 刘子源，蒋承志．基于 O penCV 和 H aar 特征分类器的图像人数检测 [J] ．辽宁科技大学学报，20 11，34 (4 ) ：384 —388．

[4] 李妹颖，尹军，菠飞霸，等．基于超声波传感器阵列的导盲系统设计 [J] ．中国医疗设备，20 14 ，29 (10 ) ：28 —31．

[5] 刘钦，张风生，刘大维．基于超声波传感器阵列的障碍物位置计算方法研究[J]．青岛大学学报：工程技术版，20O5 ，20 (2 ) ：75 —79．

[6] 潘仲明，贺汉根．超声阵列障碍探测技术及其在无人车辆中的应用 [J] ．国防科技大学学报，2009 ，31 (2 ) ：12 1 —125．

[7] 秦伟，颜文俊，基于 CX 20 106A 的超声波倒车雷达设计 [J] ．电与声光，20 11 ，33 ( 1) ：16 1 —164 ．