基于MSP430的教室人数检测系统设计
郭玥 韩晶晶 王红燕
摘要：此系统使用MSP430单片机作为控制核心，利用一对光电传感器判断人员进出情况，从而实现教室人数检测，并实时发布到大厅。系统结构简单，工作稳定且成本较低，适合在高校中推广使用。
关键词：MSP430F1612：人数检测：对射式光电传感器
0引言
笔者以MSP430单片机为核心，设计了教室人数检测系统，对教室的人数进行检测，同时将教室人数信息在教学楼大厅公布，一方面帮助教师在课堂上及时掌握学生的到课情况，另一方面帮助无课的同学快速找到自习教室，节省了大量的时间和精力。
1系统设计
1.1总体方案
本系统主要包括两个模块，一是教室人数检测和显示，二是人数信息公布。教室人数信息公布系统以软件设计为主，利用ACCESS 2010数据库完成对教室人数信息的统计、查询和显示。
2.2人数检测装置
对教室人数检测的处理方案有以下几种。
方案1：在教室的每个座位下安装压力传感器，有人坐在座位上的时候，压力传感器传递信息，主控制器处理信息。
方案2：在教室门口安装刷卡机，利用学生的一卡通刷卡进出，主控制器处理学生的刷卡信息。
方案3：在教室门口安装光电传感器，检测人的进出，计数器进行加减计数，并将信息交由主控制器处理。
方案选择：通过3个方案的比较，方案1成本太高，在每个座位下安装压力传感器难以实现，后期维护也较为困难；方案2在上下课高峰期容易造成教室门口的拥堵情况，学生进出也很麻烦；方案3操作简单，并且自动检测，成本也较低，所以最终选择方案3。
3系统硬件设计
3.1红外传感器及检测原理
目前，市场上常用的红外线光电传感器（光电开关），是利用物体对近红外线光束的反射原理，由同步回路感应反射回来的光，据其强弱来检测物体的存在与否，光电传感器首先发出红外线光束到达或透过目标物体，物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断物体是否存在。常见的红外线光电开关有对射式和反射式两种，本系统采用对射式光电开关，由分离的发射器和接收器组成，如图1所示。当无遮挡物时，接收器接收到发射器发出的红外线，其触电动作，输出高电平；当有物体挡住时，接收器便接收不到红外线，其触电复位，保持低电平不变。在本系统中要考虑到人进出教室的方向，因此要在门的内外两侧均安装光电开关，通过判断两个光电开关产生上升沿的先后顺序来确定人的进出方向。同时，为了保证脉冲信号能够被MSP430所接收，因此光电开关传出的脉冲信号，必须经过电平转换再发送给单片机，单片机判断人的进出方向并进行计数。
3.2传感器的放置
每个教室的门口的内侧和外侧均安装对射式红外传感器，即两对光电开关作为一组检测器件。为保证每个经过的同学都能检测到，应安装在1M左右，并且要保证每对光电开关保持在同一水平线上如图2所示。
当传感器的发射端和接收端之间无人经过时，（1）和（2）的接收端信号均保持低电平不变，并将信号经电平转换传送至单片机。当有人进入教室时，（1）的信号先变成高电平，（2）的信号滞后于（1）大约0.7s再变成高电平，单片机人数计数加1。当有人出教室时，（1）和（2）的变化和上一情况相反，此时单片机人数计数减1。当门口有人滞留时，情况较为复杂，如果人在门外，（1）的信号变为高电平以后，超过0.7s（2）的信号始终不变，则单片机延时等待，若检测到（1）的信号重新变为低电平，而（2）的信号不变则不计数，人数保持不变；若检测到（2）的信号变为高电平，则人数计数加1。如果人在门外，情况则与之相反如图3所示。
3.3单片机
单片机选用MSP430F1612芯片作为控制核心。MSP430是美国TI公司生产的16位超低功耗的混合信号处理器，电源电压采用1.8-3.6V低电压，采用矢量中断，支持十多个中断源并可以任意嵌套，对中断响应很快，满足本系统的实时性要求。单片机的外部中断选择P1口的P1.1和P1.2接收两组来自传感器的信号，P2口作为数据口向数码管提供显示段码，利用P3口的第二功能启用USARTO模块与主机进行串口通信。具体硬件电路如图4所示。
3.4显示模块
显示模块分为两部分，一部分是在大厅显示的各个教室的实时人数信息，另一部分是在教室显示的当前教室人数信息。
4系统软件设计
在本系统中，在大厅处设置主机，用于处理整栋教学楼的教室人数信息，利用ACCESS建立小型数据库，并将信息发送给大厅的显示屏。单片机软件流程如图5所示。
5结语
该系统测试人数精确方便，结构简单，工作稳定，且成本低容易实现，在测试过程中取得良好的效果，适合在高校中广泛推广使用。
