CN103942869A - 一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统及其应用，包括热释电红外传感器、信号处理电路、电源电路、串行接口电路、单片机和超员监控器，本监控系统利用热释电红外传感器获取人体经过时发出的红外线，从垂直方向判别人员进出的方向并测算出人体发出红外线占用的空间宽度，该空间宽度值通过与单片机程序中预设的人体肩宽值进行比较，以此计算人员进出的数量，再通过超员监控器控制施工电梯的运停，进而实现控制施工电梯的安全运行。该监控系统检测结果快速、准确且该系统结构简单、安装方便，适用性强。

Description

一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统及其应用，属于安全监测统计技术领域。

背景技术

为了统计或控制的需要，很多场合，如电梯、施工电梯(也叫施工升降机)、会场出入口、车站出入口、展览大厅出入口等，要求统计人员进出的具体数量，其中，电梯和施工电梯出于安全的考虑需要限制乘员的数量。由于这些场合进出的“门”有一定的宽度但没有设置闸口约束机构，人员同时迈过这道“门”的位置、数量和方向具有较大的随意性，准确统计进、出这道“门”人员数量变得较为困难。

目前，在这些场合统计人员进出数量的监控系统主要是基于脸部或头部特征的视频图像识别技术，如：中国专利CN202414916U公开了一种施工升降机智能预警系统,其工作原理是：通过对摄像头摄入移动物体的图像与库存特征进行比对，若识别为有人进、出“门”时进行相应的计算统计。然而，由于头部着装的随意性以及戴口罩、扭脸、低头、多人并排进出等特种情况的出现，使得所谓的头部或脸部实际图像出现了较大程度的“畸变”，造成了这些场合视频图像识别率不高，且识别占用时间较长，另外，实现设备复杂、成本较高。

热释电红外传感器价格低廉，对人体发出的红外线特别敏感，因此有人利用热释电红外传感器在人员进出统计方面进行了相关研究，利用热释电红外传感器安装在只允许每次一人通过的特殊场合，统计人员进出的数量。显然，这些基于热释电红外传感器的检测方法不能满足多人同时进、出场合下人员统计的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统。

本发明还提供一种利用上述监控系统在施工电梯中检测人员进出数量的方法。

本发明的技术方案如下：

一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，包括多个热释电红外传感器、信号处理电路、电源电路、串行接口电路、单片机和超员监控器，其中，所述单片机分别与电源电路、串行接口电路和信号处理电路相连，所述信号处理电路与热释电红外传感器相连，所述电源电路还分别与串行接口电路和热释电红外传感器相连，所述串行接口电路与超员监控器相连；所述热释电红外传感器以多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方；所述超员监控器包括依次相连的状态识别模块、输出控制模块和语音播报模块。

根据本发明，优选的，所述热释电红外传感器设置为内含单热电元件的热释电红外传感器或内含双热电元件的热释电红外传感器，内含单热电元件的热释电红外传感器以两排多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方，内含双热电元件的热释电红外传感器以单排多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方。

进一步优选的，所述内含单热电元件的热释电红外传感器的型号为LHi805TC，所述内含双热电元件的热释电红外传感器的型号为PD632。

进一步优选的，所述内含双热电元件的热释电红外传感器的两个热电元件分前、后方向设置在人员行进的路线上。

根据本发明，优选的，所述的每个热释电红外传感器外设置一限制套管。在每个热释电红外传感器外增设限制套管的目的在于，使热释电红外传感器摄取红外线的区域相对集中，保证该热释电红外传感器从经过人体上摄取红外线的区域限制在较小的范围内，提高整个监控系统检测人员经过数量的准确性。

根据本发明，优选的，所述信号处理电路包括彼此相连的信号滤波器、信号放大器和信号比较器。信号处理电路对含单热电元件的热释电红外传感器的输出信号处理后输出一路电平变化的信号，对含双热电元件的热释电红外传感器的输出信号处理后则输出两路电平变化的信号。

根据本发明，优选的，所述信号处理电路选用LP2902M芯片完成信号处理。

根据本发明，优选的，所述串行接口电路通过电平转换芯片实现3.3V的TTL电平与RS232标准逻辑电平之间的转换。

根据本发明，优选的，所述单片机为型号为STM32F105的单片机。

上述监控系统在施工电梯中检测人员进出数量的方法，包括步骤如下，

(1)电梯门开启期间进行人员进、出检测：当超员监控器中的状态识别模块检测到电梯门开启时，超员监控器通过串行接口电路向单片机发送人员进出检测命令，单片机开始检测信号处理电路输出信号的变化，检测人员进出的方向及数量；

(2)辨别人员进出方向：当使用的是内含单热电元件的热释电红外传感器时，单片机利用每列两个对应摄取人体一定量红外线的热释电红外传感器的信号处理电路输出信号电平变化的先、后辨识人员进、出的方向；当使用的是内含双热电元件的热释电红外传感器时，单片机利用每个摄取人体一定量红外线的热释电红外传感器的信号处理电路输出的两路信号电平变化的先、后辨识人员进、出的方向；

(3)确定人体发出红外线空间的宽度值：每当有人员经过时，在单片机辨别出人员进或出方向的同时，能够获知有多少个相邻热释电红外传感器先后摄取到人体经过时发出的红外线，在已知相邻热释电红外传感器间距的条件下，可以从垂直方向上测算出人体发出红外线占用的空间宽度值n；

(4)计算进出人员数量：当有人员经过时，单片机测算出的人体红外线空间宽度值n与单片机程序中预设的人体肩宽值N运算，即n/N，其结果以近似四舍五入方式计算同方向上人员通过的数量；例：当n/N值界于1.5～2.4范围时，即认定为两位人员并肩同行；当n/N值界于0.3～1.4范围时，说明只有一位人员进出；

(5)超员时禁止电梯运行：每当有人员进出时，单片机迅速检测出人员进出方向和数量，并立即通过串行接口电路把检测结果发送给超员监控器；将人员进入电梯时检测到的人数记为X，人员走出电梯时检测到的人数记为Y，而开门前电梯中已有人员数记为W，则电梯开门后电梯中总人数为K＝W+X-Y，并随人员的进出发生变化；每当有人员进出时超员监控器把当前电梯中人员数量K值与预设额定载客人数安全阈值M比较，若K>M则发生超员现象，超员监控器的输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时超员监控器的语音播报模块发出禁运信息及超员报警信息，提示电梯减员，直到多余人数走出电梯，满足K≤M条件，才允许电梯运行。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用阵列式热释电红外传感器检测人体经过时发出的红外线，只要相邻热释电红外传感器之间的间距适中，可以较小的成本实现人员进出数量的检测，其检测结果准确可靠，增加了施工电梯运行的安全性，减少了施工电梯事故的发生。

2.本监控系统不受外界环境的影响，同时对进出人员无特殊要求，能够适应多人同时进出的复杂环境，其检测结果快速、准确。

3.本监控系统设计巧妙、安装方便、适用性强，能够应用在对人员有特殊要求的多种场合，具备良好的使用效果等显著特点，具有很好的市场前景和推广应用价值。

附图说明

图1为本发明利用内含单热电元件的热释电红外传感器实现红外线阵列检测人员进出数量的监控系统的连接关系示意图。

图2为内含单热电元件的热释电红外传感器阵列与人员行进方向及通道三者之间关系示意图。

图3为内含单热电元件的热释电红外传感器阵列的排列方式结构示意图。

图4为本发明利用内含双热电元件的热释电红外传感器实现红外线阵列检测人员进出数量的监控系统的连接关系示意图。

图5为内含双热电元件的热释电红外传感器阵列与人员行进方向及通道三者之间关系示意图。

图6为内含双热电元件的热释电红外传感器阵列的排列方式结构示意图。

图7为本发明红外线阵列检测人员进出方向和数量部分工作过程流程图。

图8为本发明中超员监控器监控电梯运行部分工作过程流程图。

其中：1为电源电路，2为串行接口电路，3为单片机，4为信号处理电路，5为热释电红外传感器，6为限制套管。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，包括热释电红外传感器5、信号处理电路4、电源电路1、串行接口电路2、型号为STM32F105的单片机3和超员监控器，其中，单片机3分别与电源电路1、串行接口电路2和信号处理电路4相连，信号处理电路4与热释电红外传感器5相连，电源电路1还分别与串行接口电路2和热释电红外传感器5相连，串行接口电路2与超员监控器相连；根据门口的宽度，热释电红外传感器5选用12个内含单热电元件的热释电红外传感器5，其型号为LHi805TC，每个热释电红外传感器5外设置有一限制套管6，12个热释电红外传感器5以两排6列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方。

其中，信号处理电路4包括依次相连的信号滤波器、信号放大器和信号比较器。信号处理电路4对含单热电元件的热释电红外传感器5的输出信号处理后输出一路电平变化的信号，信号处理电路4选用LP2902M芯片完成信号处理。串行接口电路2通过电平转换芯片实现3.3V的TTL电平与RS232标准逻辑电平之间的转换。

实施例2：

如图4至图6所示，一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，连接关系如实施例1所述，其不同之处在于，根据门口的宽度，热释电红外传感器5选用5个内含双热电元件的热释电红外传感器5，其型号为PD632，5个热释电红外传感器5以单排方式排列并横向设置在人员经过的通道上方，热释电红外传感器5内含的两个热电元件分前、后设置在在人员行进的路线上。信号处理电路4对内含双热电元件的热释电红外传感器5的输出信号处理后输出两路电平变化的信号。

实施例3：

利用红外线阵列检测人员进出数量的监控系统在施工电梯中检测人员进出数量的方法，工作流程如图7所示，包括如下步骤：

(1)电梯门开启期间进行人员进、出检测：根据施工电梯进出门口130cm的宽度，选用30个内含双热电元件的热释电红外传感器5，其型号为PD632，30个热释电红外传感器5以单排方式排列并横向设置在人员经过的通道上方，热释电红外传感器5内含的两个热电元件分前、后设置在人员行进的路线上，相邻热释电红外传感器5的间隔距离约为4.5cm。所述串行接口电路2与超员监控器相连接，当超员监控器中的状态识别模块检测到电梯门开启时，超员监控器通过串行接口电路2向单片机3发送人员进出检测命令，单片机3开始检测信号处理电路4输出信号的变化，检测人员进出的方向及数量；

(2)辨别人员进出方向：热释电红外传感器5摄取进出人员发出的红外线后通过相连的信号处理电路4输出两路信号电平变化，单片机3利用每个摄取人体一定量红外线的热释电红外传感器5的信号处理电路4输出的两路信号电平变化的先、后辨识人员进、出的方向；

(3)确定人体发出红外线空间宽度值：单片机3的处理程序根据信号处理电路4输出信号电平的变化获知摄取到人体经过时发出红外线的相邻热释电红外传感器5的个数，进而从垂直方向测算出发出红外线占用的空间宽度值：如某次电梯门开后的某个时间点，单片机3检测到14个相邻热释电红外传感器5摄取到人体进入时发出的红外线，则人体发出红外线占用的空间宽度值约为63cm(即4.5cm x14)；

(4)计算进出人员数量：将步骤(3)中单片机3测算出人体经过时发出红外线的空间宽度值63cm与单片机程序中预设的人体肩宽值50cm进行计算，即63/50＝1.26，其结果取四舍五入方式处理，可认定为这个时间点一人进入电梯；

(5)超员禁运控制：每当有人员进出时，单片机3快速检测出人员进出的方向与数量，并立即通过通信接口电路2把检测结果发送给超员监控器，超员监控器马上计算当前时刻电梯中的总人数，即在电梯中原有人数的基础上增加进入的人数或减去走出的人数，改变的总人数与预设额定载客人数安全阈值10进行比较，如果总人数超过预设额定载客人数安全阈值10，超员监控器中的输出控制模块切断电梯运行控制电路，禁止电梯运行，且超员监控器中的语播报电路发出电梯超员语音提示，提示自动减员直到总人数满足核定乘员人数要求才允许电梯运行。

Claims (10)

1.一种红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，包括多个热释电红外传感器、信号处理电路、电源电路、串行接口电路、单片机和超员监控器，其特征在于，所述单片机分别与电源电路、串行接口电路和信号处理电路相连，所述信号处理电路与热释电红外传感器相连，所述电源电路还分别与串行接口电路和热释电红外传感器相连，所述串行接口电路与超员监控器相连；所述热释电红外传感器以多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方；所述超员监控器包括依次相连的状态识别模块、输出控制模块和语音播报模块。

2.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述热释电红外传感器设置为内含单热电元件的热释电红外传感器或内含双热电元件的热释电红外传感器，内含单热电元件的热释电红外传感器以两排多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方，内含双热电元件的热释电红外传感器以单排多列方式排列并横向设置在人员经过的通道上方。

3.如权利要求2所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述内含单热电元件的热释电红外传感器的型号为LHi805TC，所述内含双热电元件的热释电红外传感器的型号为PD632。

4.如权利要求2所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述内含双热电元件的热释电红外传感器的两个热电元件分前、后方向设置在人员行进的路线上。

5.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述的每个热释电红外传感器外设置一限制套管。

6.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述信号处理电路包括彼此相连的信号滤波器、信号放大器和信号比较器。

7.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述信号处理电路选用LP2902M芯片完成信号处理。

8.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述的串行接口电路通过电平转换芯片实现3.3V的TTL电平与RS232标准逻辑电平之间的转换。

9.如权利要求1所述的红外线阵列检测人员进出数量的监控系统，其特征在于，所述单片机为型号为STM32F105的单片机。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述的监控系统在施工电梯中检测人员进出数量的方法，包括步骤如下，

(1)电梯门开启期间进行人员进、出检测：当超员监控器中的状态识别模块检测到电梯门开启时，超员监控器通过串行接口电路向单片机发送人员进出检测命令，单片机开始检测信号处理电路输出信号的变化，检测人员进出的方向及数量；

(2)辨别人员进出方向：当使用的是内含单热电元件的热释电红外传感器时，单片机利用每列两个对应摄取人体一定量红外线的热释电红外传感器的信号处理电路输出信号电平变化的先、后辨识人员进、出的方向；当使用的是内含双热电元件的热释电红外传感器时，单片机利用每个摄取人体一定量红外线的热释电红外传感器的信号处理电路输出的两路信号电平变化的先、后辨识人员进、出的方向；

(3)确定人体发出红外线空间的宽度值：每当有人员经过时，在单片机辨别出人员进或出方向的同时，能够获知有多少个相邻热释电红外传感器先后摄取到人体经过时发出的红外线，在已知相邻热释电红外传感器间距的条件下，可以从垂直方向上测算出人体发出红外线占用的空间宽度值n；

(4)计算进出人员数量：当有人员经过时，单片机测算出的人体红外线空间宽度值n与单片机程序中预设的人体肩宽值N运算，即n/N，其结果以近似四舍五入方式计算同方向上人员通过的数量；

(5)超员时禁止电梯运行：每当有人员进出时，单片机迅速检测出人员进出方向和数量，并立即通过串行接口电路把检测结果发送给超员监控器；将人员进入电梯时检测到的人数记为X，人员走出电梯时检测到的人数记为Y，而开门前电梯中已有人员数记为W，则电梯开门后电梯中总人数为K＝W+X-Y，并随人员的进出发生变化；每当有人员进出时超员监控器把当前电梯中人员数量K值与预设额定载客人数安全阈值M比较，若K>M则发生超员现象，超员监控器的输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时超员监控器的语音播报模块发出禁运信息及超员报警信息，提示电梯减员，直到多余人数走出电梯，满足K≤M条件，才允许电梯运行。