CN205176952U

CN205176952U - 教室人数智能统计与显示系统

Info

Publication number: CN205176952U
Application number: CN201520980852.1U
Authority: CN
Inventors: 张海潮; 郑伯明; 马风玲; 邱召运
Original assignee: Weifang Medical University
Current assignee: Weifang Medical University
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2025-12-01

Abstract

本实用新型涉及一种教室人数智能统计与显示系统，其包括安装在教室门口处的双光路双频率可逆计量式红外传感器、与上述传感器的信号输出端连接的单片机、与单片机的输出端口连接的室内显示装置和室外显示装置，单片机上还连接有时钟计时电路和键盘输入电路；室内显示装置安装在教室门的内板面上或安装在靠近门口的内墙面上又或者安装在讲台上；室外显示装置安装在教室门的外板面上或安装在靠近门口的外墙面上。显示装置均采用由七段数码管组成的显示屏。显示屏包括由四位七段数码管组成的时间显示屏和由三位七段数码管组成的数量显示屏。本实用新型具有结构简单、使用方便、能有效节约时间且能改善学习环境。

Description

教室人数智能统计与显示系统

技术领域

本实用新型涉及教室人数统计自动统计领域，具体的说是一种教室人数智能统计与显示系统。

背景技术

现有考勤方法主要有点名、签到、电子钟、IC卡刷卡、指纹识别和人脸图像识别等。其中，签到和点名的最大优点在于成本小，不必购置设备即可进行，但缺点在于它所得到的考勤数据必须人工处理或输入电脑由电脑处理，十分费时费力。签到、电子钟、IC刷卡考勤方法的缺点在于他人可以代替考勤，容易作弊且很难控制。指纹识别和人脸图像识别的优点是可杜绝代考勤现象，从而实现了公平，但指纹打卡机由于扫描指纹速度较慢，排队考勤浪费时间，显然不适合于课间间隔只有20分钟的教学考勤。人脸图像识别考勤，能有效避免上述考勤方法的主要问题，但考勤系统庞大，造价高昂，同样难以在学校实施。

对学校来说，尤其是大学，教室一方面用于课堂教学，另一方面还用作学生的自习室。教师教学时统计教室内的人数可得知学生出勤率，当教室作为自习室使用时，通过统计教室人数，学生可直观得知教室内的入座率，以方便学生选择不同的教室学习。因此，有必要设计一种可方便统计教室内人数并进行显示的系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、能有效节约时间并能改善学习环境的教室人数智能统计与显示系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的教室人数智能统计与显示系统的结构特点是包括安装在教室门口处的双光路双频率可逆计量式红外传感器、与上述传感器的信号输出端连接的单片机、与单片机的输出端口连接的室内显示装置和室外显示装置，单片机上还连接有时钟计时电路和键盘输入电路。

采用上述结构，运用双光路双频率可逆计量红外传感器，对进、出教室的人数自动进行计数统计。其中，可逆计量红外传感器系统由两组透射式光电传感器构成，为避免环境光干扰，传感器采用调制红外光技术，为避免传感器间的干扰，采用双向光路、双调制频率检测技术，通过人体挡光判断是否有人员出入教室，通过检测挡光次序判断是进入教室还是走出教室，为单片机控制系统提供可靠的人员出入教室的信息，并由单片机控制系统对数据进行处理，然后送显示装置显示数据。

对于显示装置，根据每个教室的情况由键盘输入电路设置座位总数，单片机通过计算进入教室人数，可显示出剩余座位数。另外，当正在上课是，由键盘输入电路启动正在上课，显示装置上可显示“正在上课”提示字符，并且可由时钟技术电路启动时间计时，提示课堂剩余时间。

显示装置在室内和室外各设置一套，既方便了室内老师和学生直观观察，又方便了室外学生及时得知室内人员及课堂剩余时间信息，整体结构简单，使用方便，节约了时间且改善了教学和学习环境。

其中，对于显示装置的具体安装位置和显示方式，本实用新型中优选的为：所述室内显示装置安装在教室门的内板面上或安装在靠近门口的内墙面上又或者安装在讲台上。所述室外显示装置安装在教室门的外板面上或安装在靠近门口的外墙面上。所述室外显示装置和室内显示装置均采用由七段数码管组成的显示屏。所述显示屏包括由四位七段数码管组成的时间显示屏和由三位七段数码管组成的数量显示屏。

所述双光路双频率可逆计量式红外传感器包括分别设置在教室门两侧的红外发射电路和红外接收电路；红外发射电路包括第一发光二极管、第二发光二极管和发射电路控制芯片，发射电路控制芯片利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器、中心接收频率为f₂的第二红外接收器、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片以及连接在接收电路控制芯片输出端上的正负脉冲输出电路。设置两套发射和接收光路，利用调制红外光技术，使用两种不同频率的脉冲光信号，避免了光路之间相互干扰，提高了检测精度；两条光路同时工作，构成双光路红外检测场，当被检物经过时，通过检测遮断光路的先后次序，接收电路控制芯片判断出物体的运动方向，并通过正负脉冲输出电路输出可逆计量信息，方便了单片机控制系统精确统计进、出教室的人数。

综上所述，本实用新型结构简单、使用方便、能有效节约时间且能改善学习环境。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的整体结构原理示意图；

图2为本实用新型中双光路双频率可逆计量式红外传感器的发射电路的电路结构示意图；

图3为本实用新型中双光路双频率可逆计量式红外传感器的接收及控制电路的电路结构示意图；

图4为本实用新型中控制系统和时钟系统的电路结构示意图；

图5为本实用新型中显示装置的电路结构示意图。

具体实施方式

参照附图，该教室人数智能统计与显示系统包括安装在教室门口处的双光路双频率可逆计量式红外传感器、与上述传感器的信号输出端连接的单片机13、与单片机13的输出端口连接的室内显示装置15和室外显示装置14，单片机13上还连接有时钟计时电路16和键盘输入电路17。

上述结构中，运用双光路双频率可逆计量红外传感器，对进、出教室的人数自动进行计数统计。其中，可逆计量红外传感器系统由两组透射式光电传感器构成，为避免环境光干扰，传感器采用调制红外光技术，为避免传感器间的干扰，采用双向光路、双调制频率检测技术，通过人体挡光判断是否有人员出入教室，通过检测挡光次序判断是进入教室还是走出教室，为单片机控制系统提供可靠的人员出入教室的信息，并由单片机控制系统对数据进行处理，然后送显示装置显示数据。

室内显示装置15安装在教室门的内板面上或安装在靠近门口的内墙面上又或者安装在讲台上。室外显示装置14安装在教室门的外板面上或安装在靠近门口的外墙面上。其中，图5中示出了显示装置的电路结构，室外显示装置14和室内显示装置15均采用由七段数码管组成的显示屏。显示屏包括由四位七段数码管组成的时间显示屏18和由三位七段数码管组成的数量显示屏19。

参见图5，显示装置采用LED多功能数码显示屏。显示装置由7位LED数码管、LED指示灯和驱动电路构成，其中采用3位数码管显示剩余座位数，4位数码管显示时钟时间。室内显示系统有7位LED数码管，其中采用3位LED数码管显示室内人数，4位LED数码管显示时钟时间。显示系统通过接口与单片机控制系统连接，接收单片机传送的数据。在考勤工作状态时，系统对进出教室的人数自动进行计数统计，比如，有人进入室内显示器显示的人数加一，同时教室剩余空位减一，对出入教室的人数进行统计并实时显示，时钟显示窗显示时间。根据每个教室的情况设置座位总数，通过计算进入教室人数，实时显示出剩余座位数。进入上课状态时，则点亮“正在上课”提示字符，并且提示课堂剩余时间，显示系统实现了多种信息显示。

图5中，DS1为数量显示屏19，由3位共阳LED数码管构成。DS2为时间显示屏18，由4位共阳LED数码管构成。T1-T16为PNP型三极管、R1-R17为电阻、L3为发光二极管、P1、P2为接口。其中T1-T7与R1-R7构成数码位驱动电路，通过P1接口与单片机控制系统连接。T8、R8、L1构成“正在上课”提示符显示驱动。T9-T16与R9-R17构成数码段驱动电路，通过P2与单片机控制系统连接。

对于显示装置，根据每个教室的情况由键盘输入电路设置座位总数，单片机通过计算进入教室人数，可显示出剩余座位数。另外，当正在上课是，由键盘输入电路启动正在上课，显示装置上可显示“正在上课”提示字符，并且可由时钟技术电路启动时间计时，提示课堂剩余时间。显示装置在室内和室外各设置一套，既方便了室内老师和学生直观观察，又方便了室外学生及时得知室内人员及课堂剩余时间信息，整体结构简单，使用方便，节约了时间且改善了教学和学习环境。

图4是控制系统和时钟系统的电路原理图，U5为STC89C52单片机，为智能控制系统的核心。U6为日历时钟芯片DS1302，BAT为U2的备用电源。X1、X2为晶振。C1、C2为电容。P1为显示系统数码位输出接口(室内室外共用)。P2、P3为显示系统数码段输出接口，其中P2连接室内显示装置15，P3连接室外显示装置14。P4连接传感器信号输出接口，P5为键盘接口。另外系统采用5V直流电源供电。

系统启动并进行初始化后进入主程序，循环执行刷新显示、扫描键盘、检测红外传感器。当检测到设置请求时，系统进入参数设置程序，可依次设置时间和座位总数等参数，设置完毕将数据保存返回主程序。当检测到“上课”请求时，点亮显示系统上的“正在上课”指示，并启动倒计时功能，停止考勤功能，倒计时的总时间为两节课加课间休息时间的总分钟数。当室内显示系统分段倒计时，便于教师掌握课堂时间。当室外显示系统倒计时到零时，熄灭正在上课提示，恢复时间显示，恢复自动考勤功能。当传感器系统检测到有人出入教室时，系统会作出判断，控制系统会自动做相关运算处理，将结果送显示系统显示。进入教室显示人数加1，教室空余座位减1，离开教室则显示人数减1，教室空余座位数加1。

下面参照图2和图3，对双光路双频率可逆计量式红外传感器进行具体介绍，其包括分别设置在教室门两侧的红外发射电路11和红外接收电路12。红外发射电路包括第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和发射电路控制芯片U1，发射电路控制芯片U1利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光。红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器U2、中心接收频率为f₂的第二红外接收器U3、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片U4以及连接在接收电路控制芯片U4输出端上的正负脉冲输出电路。二极管驱动电路包括NPN型三极管，三极管的基极与发射电路控制芯片U1的输出端口连接、集电极与发光二极管的负极连接、发射极接地。加减脉冲输出电路包括由两个NPN型三极管构成的两路集电极开路输出驱动电路和输出端子连接器J2，两路集电极开路输出驱动电路的其中一路用于向输出端子连接器J2输送“+”脉冲信号、另一路用于向输出端子连接器J2输送“-”脉冲信号。

上述结构中，设置两套发射和接收光路，利用调制红外光技术，使用两种不同频率的脉冲光信号，避免了光路之间相互干扰，提高了检测精度。两条光路同时工作，构成双光路红外检测场，当被检物经过时，通过检测遮断光路的先后次序，接收电路控制芯片判断出物体的运动方向，并通过加减脉冲输出电路输出可逆计量信息，该可逆计量信息输出给单片机控制系统以供其精确统计进、出教室的人数。。

传感器红外发射系统同时发射f₁和f₂两个频率红外脉冲光信号，与红外接收电路构成两路不同频率光路，当两光路距离较近时，必然会产生光路串扰，这就需要接收器件具有选频功能，因此，接收电路采用了两个中心频率分别为f₁和f₂的光电接收模组作为光电检测元件。若f₁＝f₂，则传感器不能识别光路1、光路2，对于脉冲光，根据傅里叶变换原理，两倍频信号幅度相对较高，因此，2f₁＝f₂时亦可能产生串扰，为了增加辨识度，选取2f₁>f₂。优选的，频率f₁＝38kHz，f₂＝56kHz，能够避免光信号间的串扰。由于光路辨识度高，两路发射电路和两路接收电路可以分别封装在一个封装内，减小传感器尺寸，便于安装应用。基于上述原理的双路双频可逆计量红外传感器，设计方法优化了红外传感器的性能，具有避免环境光干扰，抗干扰能力强，有利于提高测量系统的稳定性和测量精度，可用于物体的检测及运动方向的判别并输出可逆计量信息。

下面结合附图的具体实施例，对本实用新型进行详细分析：

附图2是红外发射电路的结构原理图，图2中L1、L2为两个红外发射二极管。T1、T2为两个NPN型三极管。R1、R2、R3、R4为电阻。U1是发射电路控制芯片，采用单片机，U1引脚上的标号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5为其IO口序号。VCC为电源。J1为连接器接口，J1-1脚相连为电源正端，J1-2脚相连为电源负端。C1、C2为电源去耦电容。

在图2中，红外线发射电路采用了两个红外发光二极管的设计，J1为连接器接口，为电路提供5V工作电源。C1、C2为电源去耦电容，稳定电源的供电。L1、L2分别为两个红外发射管，L1的限流电阻为R1，L2的限流电阻为R2。T1、R1、R3构成一路驱动电路，单片机U1经P3.1口连接驱动电路，由U1的软件系统产生频率为38kHz、占空比为1/2的电脉冲信号驱动红外发射管L1发射红外脉冲光信号，与接收电路的U2构成一路红外检测光路。T2、R2、R4构成另一路驱动电路，单片机U1经P3.0口连接驱动电路，由U1的软件系统产生频率为56kHz、占空比为1/2的电脉冲信号驱动红外发射管L2发射红外脉冲光信号，与接收电路的U3构成另一路红外检测光路，两光路同时工作，构成双光路红外检测场。

附图3是红外接收和控制电路的结构原理图，图中U2、U3为两个红外接收器，数字1、2、3为其引脚序号。U4为接收电路控制芯片，采用8引脚单片机，U4引脚上的标号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5为其IO口序号。R5、R6为电阻。T3、T4为NPN型三极管。J2为输出端子连接器，J2-1、J2-2线为电源，其中J2-1脚为电源负端，J2-2脚为电源正端，J2-3脚(O1)、J2-4脚(O2)为输出接口。C1、C2为电源去耦电容。接收电路采用了两个中心接收频率不同的红外接收器。参见附图2，J2为连接器接口，其中J2-1、J2-2线为电源，为电路提供5V直流电源，C3、C4为电源去耦电容，O1、O2为传感器的两个输出接口。U4为8引脚单片机，为接收电路的控制核心。U2、U3为红外接收器，其中U2的中心接收频率为38kHz，与红外发射电路的L1构成红外检测光路1，其只对符合中心频率38kHz的脉冲光敏感，U2的传感信息输出送U4的P3.1口检测。U3的中心接收频率为56kHz，与红外发射电路的L2构成红外检测光路2，其只对符合中心频率56kHz的脉冲光敏感，U3的传感信息输出送U4的P3.0口检测。U4通过检测U2、U3输出信号的次序，由软件系统综合判断后决策是输出“+”信息还是“-”信息，并分别经P3.4口和P3.5口送输出驱动电路。T3、R5构成集电极开路输出驱动电路，用来输出“+”脉冲信号，与J2-3线连接。T4、R6构成集电极开路输出驱动电路，用来输出“-”脉冲信号，与J2-4线连接。“+”或“-”信号是一个可供应用系统识别，脉冲宽度为10ms的电脉冲信号，可根据需要设置成NPN型输出或PNP型输出。

图1中11为红外发射系统。12为红外接收及控制系统。光路A为38KHz脉冲信号光路，光路B为56KHz脉冲信号光路。箭头C和箭头D分别表示人员进入教室和人员走出教室。

当人员进入检测区域时，接收电路可能出现四种状态：其一，人员先通过A光路，后通过B光路，此时U4经软件判别控制P3.4输出“+”脉冲信号。其二，人员先通过A光路，但未通过B光路，此状态下无论遮断A光路多少次，U4软件系统均不输出计量信息。其三，人员先通过B光路，但未通过A光路，此状态下无论遮断B光路多少次，U4软件系统均不输出计量信息。其四，人员先通过B光路，后通过A光路，此时U4经软件判别控制P3.5输出“-”脉冲信号。其中，箭头C代表人员进入教室，箭头D代表人员走出教室，因此，单片机系统判断当接收到“+”脉冲信号时为有人员进入教室，室内人数加1，剩余座位数减1。当接收到“-”信号时有人员走出教室，室内人数减1，剩余座位数加1。

综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。

Claims

1.一种教室人数智能统计与显示系统，其特征是包括安装在教室门口处的双光路双频率可逆计量式红外传感器、与上述传感器的信号输出端连接的单片机(13)、与单片机(13)的输出端口连接的室内显示装置(15)和室外显示装置(14)，单片机(13)上还连接有时钟计时电路(16)和键盘输入电路(17)；所述双光路双频率可逆计量式红外传感器包括分别设置在教室门两侧的红外发射电路(11)和红外接收电路(12)；红外发射电路包括第一发光二极管(L1)、第二发光二极管(L2)和发射电路控制芯片(U1)，发射电路控制芯片(U1)利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器(U2)、中心接收频率为f₂的第二红外接收器(U3)、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片(U4)以及连接在接收电路控制芯片(U4)输出端上的正负脉冲输出电路。

2.如权利要求1所述的教室人数智能统计与显示系统，其特征是所述室内显示装置(15)安装在教室门的内板面上或安装在靠近门口的内墙面上又或者安装在讲台上。

3.如权利要求1所述的教室人数智能统计与显示系统，其特征是所述室外显示装置(14)安装在教室门的外板面上或安装在靠近门口的外墙面上。

4.如权利要求1所述的教室人数智能统计与显示系统，其特征是所述室外显示装置(14)和室内显示装置(15)均采用由七段数码管组成的显示屏。

5.如权利要求4所述的教室人数智能统计与显示系统，其特征是所述显示屏包括由四位七段数码管组成的时间显示屏(18)和由三位七段数码管组成的数量显示屏(19)。