基于MSP430F149的人員登記與錄入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文章主要闡述了一種運(yùn)用視頻圖像分析技術(shù)進(jìn)行人員登記與錄入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過紅外線采集人們?nèi)腽^和出館的信號并將其送入單片機(jī)MSP430F149中，單片機(jī)對信號進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)入館、出館人數(shù)并在LCD12864液晶顯示屏上顯示出來，同時(shí)對進(jìn)出館的人進(jìn)行拍照并存儲(chǔ)。通過人員登記與錄入系統(tǒng)可以及時(shí)得到館內(nèi)準(zhǔn)確的人數(shù)和照片，有利于博物館更高效的組織工作，它可與第三方軟件系統(tǒng)進(jìn)行集成，為科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支持。
關(guān)鍵詞：人員登記；錄入；MSP430F149；LCD12864；拍照

    人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在不同的應(yīng)用場合可以發(fā)揮不同的作用。它可以為商場或零售點(diǎn)獲取商場內(nèi)部按不同時(shí)段分布的人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人群流動(dòng)方向等信息，有利于評估商品對于顧客的吸引力，以及評估商場選址是否適當(dāng)；對于大型建筑，管理者可利用人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)了解人群的行為，評估大樓提供的服務(wù)設(shè)施是否方便、足夠，如座椅、公用電話及衛(wèi)生設(shè)施等，提高建筑設(shè)施的利用率、指導(dǎo)建筑物的設(shè)計(jì)和提高某些場合工作人員的效率，此外還可以對大樓里的客流情況進(jìn)行監(jiān)控，以避免人群的擁塞引起的安全隱患。

1 總體設(shè)計(jì)方案
    針對展覽館設(shè)計(jì)了該人員登記與錄入系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制、信號采集、拍照、液晶顯示、電源這五部分組成，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。當(dāng)有人要進(jìn)入館內(nèi)時(shí)由紅外裝置采集到的信號將送入單片機(jī)中，單片機(jī)對采集到的信號進(jìn)行處理，并控制攝像機(jī)對入館的人進(jìn)行拍照，同時(shí)記錄入館時(shí)間，然后在液晶屏上顯示出在館人數(shù)。當(dāng)有人從館內(nèi)出去時(shí)，本系統(tǒng)的工作原理和人館時(shí)一致。

    本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能有：
    1)顯示在館人數(shù)；
    2)對出入館的人拍照；
    3)當(dāng)館內(nèi)人滿時(shí)有明顯標(biāo)志，禁止進(jìn)入；
    4)記錄人們出入館的時(shí)間。
    采用MSP430系列單片機(jī)為控制芯片，信號采集電路使用紅外一體管為主要元件，拍照使用攝像頭，顯示部分用LCD12864液晶顯示屏，電源部分使用自制的+5 V穩(wěn)壓電源。與51系列單片機(jī)相比，MSP430單片機(jī)，處理能力較強(qiáng)，具有便捷的外圍電路，具有復(fù)位功能。是高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，它的中斷、定時(shí)、及I／O輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于51系列，而且內(nèi)部集成比較放大器和多路AD，決定了它有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，所以本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為控制芯片。與壓力傳感器相比，紅外傳感器屬于非接觸式傳感器，它自身損耗比壓力傳感器小的多，具有反映速度快、使用壽命長、便于維護(hù)檢測等優(yōu)點(diǎn)。所以在這個(gè)環(huán)境里我們選擇使用紅外傳感器。

2 各硬件模塊電路
2．1 單片機(jī)控制模塊
    MSP430是德州公司新開發(fā)的一類具有16位總線的帶FLASH的單片機(jī)，它采用16位的總線，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址，尋址范圍可達(dá)64K，還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16位定時(shí)器、一個(gè)14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門狗、6路P口、兩路USART通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè)內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘，支持8M的時(shí)鐘，由于為FLASH型，則可以在線對單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載，且JTAG口直接和FET的相連，不須另外的仿真工具，方便實(shí)用，而且，可以在超低功耗模式下工作，對環(huán)境和人體的輻射小，所以本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為控制芯片。
    MSP430F149單片機(jī)控制電路如圖2所示。

2．2 紅外感應(yīng)與通訊模塊
    紅外發(fā)光二極管
    紅外發(fā)光二極管是采用砷化鎵(GaAs)和砷鋁化鎵(GaAlAs)等半導(dǎo)體材料制成的，它們的外形和普通的發(fā)光二極管基本相同，用透明的樹脂材料封裝。中、大功率的紅外發(fā)光二極管采用金屬或陶瓷材料作底座，用玻璃或樹脂透鏡作窗口。
    紅外接收二極管
    接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏置電壓，他才能正常工作獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。
    紅外遙控通訊模塊
    考慮到本系統(tǒng)可能要安裝在較高地方，普通的有線按鍵就無法滿足實(shí)際要求了。因此我們選擇使用紅外遙控式按鍵控制本系統(tǒng)。
    紅外遙控接鍵人機(jī)交互模塊包括，硬件紅外接收三極管接收部分和單片機(jī)軟件解碼兩部分。
    發(fā)射部分，是固定的頻率的波與要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)(高低電平)調(diào)制通過紅外發(fā)射管以光的形式發(fā)射出去。
    接收部分，是通過紅外接收三極管將調(diào)制信號解碼還原成發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)(高低電平)，在通過單片機(jī)的特定編制，從而達(dá)到多按鍵遙控控制。
2．3 波形發(fā)生模塊
    555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。它還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測，組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。我們采用555集成電路產(chǎn)生38 kHz的方波。

    555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖3所示，其中6腳稱閾值端(TH)，是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端(TR)，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(Vo)，它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(MR)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(Vc)，可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。
2．4 拍照模塊
    本系統(tǒng)采用高清的視頻頭，他可以與PC連接，有可視化監(jiān)控界面同時(shí)通過硬件可以對視頻頭控制。拍照時(shí)可自動(dòng)儲(chǔ)存并打印時(shí)間。
2．5 液晶顯示模塊
    LCD12864概述
    帶中文字庫的LCD12864是一種具有4位／8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128x64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集，利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8x4行16x16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。
    基本特性
    1)低電源電壓(VDD：+3．0～+5．5 V)。
    2)顯示分辨率：128x64點(diǎn)。
    3)內(nèi)置漢字字庫，提供8 192個(gè)16x16點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選)。
    4)內(nèi)置128個(gè)16x8點(diǎn)陣字符。
    5)2MHZ時(shí)鐘頻率。
    6)顯示方式：STN、半透、正顯。
    7)驅(qū)動(dòng)方式：1／32DUTY，1／SBIAS。
    8)視角方向：6點(diǎn)。
    9)背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1／5-1／10。
    10)通訊方式：串行、并口可選。
    11)內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓。
    12)無需片選信號，簡化軟件設(shè)計(jì)。
    13)工作溫度：0～+55℃，存儲(chǔ)溫度：-20～+60℃。
    本系統(tǒng)中LCD12864液晶顯示電路如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。

4 整機(jī)調(diào)試
4．1 硬件調(diào)試
    硬件調(diào)試結(jié)果如表1所示。
4．2 軟件調(diào)試
    軟件調(diào)試結(jié)果如表2所示。

5 結(jié)束語
    文中主要介紹了以MSP430F149單片機(jī)為核心的展館人員登記與錄入系統(tǒng)，包括硬件部分及軟件部分，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)應(yīng)用反應(yīng)靈敏、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、效果良好。同時(shí)，該系統(tǒng)對需要人員進(jìn)行登記信息的場合具有一定的參考價(jià)值。