基于Arduino的公園人數(shù)計數(shù)器的設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計方案遴選.........................................................................................................1

2.1芯片以及開發(fā)板選擇.....................................................................................2

2.2通訊方式的選擇.............................................................................................3

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計.................................................................................................4

3產(chǎn)品硬件設(shè)計.........................................................................................................5

3.1產(chǎn)品組成.........................................................................................................5

3.2產(chǎn)品功能.........................................................................................................5

4產(chǎn)品硬件設(shè)計.........................................................................................................6

4.1系統(tǒng)原理圖.....................................................................................................6

4.2系統(tǒng)連接圖.....................................................................................................7

4.3超聲波模塊.....................................................................................................7

4.4顯示模塊.........................................................................................................8

4.5舵機模塊.........................................................................................................9

5產(chǎn)品軟件設(shè)計.......................................................................................................10

5.1程序流程.......................................................................................................10

5.2軟件程序清單...............................................................................................12

6產(chǎn)品使用說明.......................................................................................................12

6.1產(chǎn)品裝配圖...................................................................................................12

6.2產(chǎn)品操作說明...............................................................................................12

7參考資料..................................................................................................................15

8產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)..................................................................................................16

附錄.............................................................................................................................17

附錄1元器件清單.............................................................................................17

附錄2電路原理圖.............................................................................................18

附錄3PCB設(shè)計圖..............................................................................................19

I

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附錄4產(chǎn)品實物圖.............................................................................................20

附錄5主程序代碼.............................................................................................21

II

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基于Arduino的公園人流計數(shù)器的設(shè)計與制作

1產(chǎn)品功能分析

產(chǎn)品是以ArduinoUNO開發(fā)板控制超聲波模塊距離使舵機開關(guān)來統(tǒng)計人數(shù)

設(shè)計為目的。產(chǎn)品ArduinoUNO開發(fā)板作為主體部分，另外連接超聲波HC-

SR04傳感器、舵機sg90模塊、OLED液晶顯示屏模塊和HC-06藍(lán)牙，當(dāng)有人

經(jīng)過時OLED液晶顯示屏?xí)@示當(dāng)前通過的人數(shù)，同時手機藍(lán)牙也會接收到有

人經(jīng)過的信息。而且手機藍(lán)牙也可控制舵機的開關(guān)，從而達(dá)到只能控制門開關(guān)

的效果。

公園為周圍居民、游客等提供了休閑娛樂的場所，加強公園的監(jiān)督和安全

管理，提高服務(wù)質(zhì)量是公園管理者們的重要工作。多數(shù)公園都有安裝客流量計

數(shù)器，以對園區(qū)客流進行統(tǒng)計分析，對景區(qū)現(xiàn)場實施全天、全方位24小時監(jiān)

控及人員流動的記錄。采用穩(wěn)定可靠的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對各個景點

安全、科學(xué)、有效的管理。公園的客流統(tǒng)計分析工作能夠使員工工作管理更加

規(guī)范化、科學(xué)化、準(zhǔn)確化、智能化、信息化，為旅游區(qū)的安全工作做好有力保

障。

對于重點區(qū)域內(nèi)的人員密度、擁擠程度進行檢測，對于高密度人員進行預(yù)

警。對于重點安全地點實施監(jiān)督，提高發(fā)現(xiàn)、解決突發(fā)事故的行動力，完善安

全生產(chǎn)保衛(wèi)制度和緊急救援機制。

綜上所述，對公園景區(qū)的客流量進行實時統(tǒng)計分析是很有必要的，客流分

析系統(tǒng)的存在幫助管理者提高景區(qū)的安全系數(shù)、管理體系，為人們提供更加優(yōu)

質(zhì)的休閑娛樂空間。

2設(shè)計方案遴選

在進行硬件電路的搭建前必須得選擇好合適的產(chǎn)品部件，來發(fā)揮器件的基

本功能。模塊設(shè)計功能除了能完成特定的測量要求，還應(yīng)能夠滿足般信號的測

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量要求，以達(dá)到通用的要求。確定方案應(yīng)本著成熟、實用的設(shè)計思想，以成熟

先進的器件為基礎(chǔ)，加上關(guān)鍵技術(shù)的研究來進行設(shè)計研制。

一個完整的智能計數(shù)系統(tǒng)，需要一個合適的傳感器，我們在經(jīng)濟水平、產(chǎn)

品的兼容性以及實驗效果上考慮，最終選擇了性價比最高的超聲波傳感器。產(chǎn)

品的基本形式是顯示功能、測距功能、開關(guān)功能、以及智能控制功能。

2.1芯片以及開發(fā)板選擇

方案1：選擇STM32的話就要從硬件底層開始，需要掌握它的各種細(xì)節(jié)。

STM32主要是給專業(yè)開發(fā)人員做產(chǎn)品用的，需要一定的專業(yè)知識，但同時

編寫代碼實現(xiàn)功能也相對復(fù)雜。比如串口輸出一個簡單的字符串，對于

Arduino可能從新建工程開始，10行代碼就能實現(xiàn)，但是如果使用STM32的開

發(fā)工具比如Keil，可能需要上行代碼甚至更多。

方案2：ArduinoUNO開發(fā)板傾向于創(chuàng)意，它弱化了具體的硬件的操作，

它的函數(shù)和語法都非常簡單。大部分ArduinoUNO開發(fā)板的主控是AVR單片

機，ArduinoUNO開發(fā)板的優(yōu)勢還是代碼封裝性高，所需語句少，降低軟件的

開發(fā)難度其具有大量的庫。Arduino開發(fā)的優(yōu)點是更簡單，易用，上手，適合

新手使用。缺點是省去了更多代碼配置環(huán)節(jié)，不便于底層理解。但這不影響

Arduino開發(fā)的強大性，一般情況下開發(fā)板實現(xiàn)相同的功能，Arduino開發(fā)比

keil開發(fā)使用更少的代碼就能實現(xiàn)。

綜上所述：選擇ArduinoUNO開發(fā)板，它有更好的學(xué)習(xí)資源，而且編程也

十分方便，Arduino大多數(shù)功能都有做好了的庫，使用起來很簡單。只需連接

相應(yīng)的傳感器來實現(xiàn)功能，所以我使用Arduinouno開發(fā)板。

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圖2.1Arudino開發(fā)版實物

2.2通訊方式的選擇

DY-31藍(lán)牙模塊基于藍(lán)牙3.0SPP設(shè)計，支持Windows、Linux、android數(shù)

據(jù)透傳，工作頻段2.4GHZ，調(diào)制方式GFSK，最大發(fā)射功率8db，最大發(fā)射

距離30m，支持用戶通過AT命令修改設(shè)備名、波特率等指令，方便快捷使用

靈活.JDY-31為經(jīng)典藍(lán)牙協(xié)議、可以與支持藍(lán)牙的電腦、手機通信?？蓱?yīng)用

Windows電腦藍(lán)牙串口透傳、Android藍(lán)牙串口透傳。

圖2.2DY-31藍(lán)牙模塊

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2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計

舵機做一

次開關(guān)門

Arduino操作

UNO開OLED液晶

當(dāng)有人經(jīng)超聲波設(shè)置顯示屏顯

的距離改變

過時發(fā)板示當(dāng)前經(jīng)

過的人數(shù)

藍(lán)牙輸出

當(dāng)前人數(shù)

Arduino

舵機做一次

藍(lán)牙串口輸UNO開開關(guān)門操作

入“Y”

發(fā)板

OLED液晶

顯示屏顯示

“門開了”

圖2.3系統(tǒng)框圖

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計

此產(chǎn)品使用ArduinoUNO開發(fā)板，外接超聲波傳感器HC-SR04、舵機sg90、

OLED液晶顯示屏以及藍(lán)牙HC-06制作而成，符合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1產(chǎn)品組成

ArduinoUNO開發(fā)板

HC-SR04超聲波模塊

SG90舵機180度模塊

0.96寸OLED液晶顯示模塊

JDY-31藍(lán)牙模塊

3.2產(chǎn)品功能

在工作狀態(tài)下，當(dāng)有人經(jīng)過時，超聲波設(shè)置的距離改變，輸出高電平給

ArduinoUNO開發(fā)板，開發(fā)板會通過驅(qū)動舵機模塊使其轉(zhuǎn)動90度后關(guān)閉，顯示

屏和藍(lán)牙同時輸出當(dāng)前人數(shù)，也可通過藍(lán)牙輸入“Y”直接控制舵機旋轉(zhuǎn)。

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4產(chǎn)品硬件設(shè)計

4.1系統(tǒng)原理圖

圖4.1產(chǎn)品原理圖

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4.2系統(tǒng)連接圖

圖4.2系統(tǒng)連接圖

4.3超聲波模塊

超聲波HC-SR04是一種超聲波接近傳感器，可以告訴你物體是否在它前

面。用于距離檢測，安裝方便，不易老化，材料堅固，頻率高，波長短，方向

性還能夠成為射線而定向傳播的特點。HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-

400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到的非接觸式距離感測功

能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈。模塊自動發(fā)送8個

40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出

一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。

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圖4.3HC-SR04實物圖

圖4.4HC-SR04接口圖

4.4顯示模塊

0.96寸OLED液晶顯示模塊，有機發(fā)光二極管又稱為有機電激光顯示，

OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當(dāng)

有電流通過時，這些有機材料就會發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，功

耗低。OLED由于同時具備自發(fā)光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、

反應(yīng)速度快、使用溫度范圍廣、結(jié)構(gòu)及制程簡單等優(yōu)異之特性。

最先接觸的12864屏都是LCD的，需要背光，功耗較高，而OLED的功耗

低，更加適合小系統(tǒng);由于兩者發(fā)光材料的不同，在不同的環(huán)境中，OLED的顯

示效果更佳。模塊供電可以是3.3V也可以是5V,不需要修改模塊電路，OLED

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屏具有多個控制指令，可以控制OLED的亮度、對比度、開關(guān)升壓電路等指

令。操作方便，功能豐富?？娠@示漢字、ASCII、圖案等。

圖4.5顯示模塊接口圖

4.5舵機模塊

控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部

有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流

偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到

電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動

電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)然我們可以不用去了解它的

具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就象我們使用晶體管一樣，知道可

以拿它來做開關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動是可以完全

不用去考慮的。

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圖4.6舵機實物圖

圖4.7舵機接口圖

5產(chǎn)品軟件設(shè)計

5.1程序流程

系統(tǒng)流程圖如下所示，此程序先定義傳感器的引腳，設(shè)置傳感器的輸入輸

出狀態(tài)，功能檢測是否有人經(jīng)過，當(dāng)有人經(jīng)過時超聲波距離改變舵機轉(zhuǎn)動，顯

示屏超聲波輸出當(dāng)前人數(shù)。

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開始

開始

定義超聲波傳感器、舵機引腳信號腳、

定義舵機轉(zhuǎn)動角度、定義變量renshu

當(dāng)藍(lán)牙發(fā)送”Y”時

定義超聲波傳感器的引腳號為4、5

號引腳、舵機引腳為6號引腳

設(shè)置超聲波傳感器信號引腳為輸入電機做一次開門關(guān)門動作

狀態(tài)

顯示屏顯示門已打開

超聲波感器距離

<10？

No

結(jié)束

Yes

超聲波傳感器數(shù)字信號到

開發(fā)板

未檢測到人經(jīng)過，電機不輸

renshu加一出，顯示屏、藍(lán)牙顯示當(dāng)前

renshu

電機做一次開門關(guān)門動作，顯

示屏、藍(lán)牙顯示renshu

結(jié)束

圖5.1主程序流程圖

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5.2軟件程序清單

圖5.2軟件程序清單圖

6產(chǎn)品使用說明

6.1產(chǎn)品裝配圖

圖6.1產(chǎn)品裝配圖

6.2產(chǎn)品操作說明

第一步如下圖：接通電源。

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圖6.2待機狀態(tài)

第二步如下圖：連接藍(lán)牙。

圖6.3藍(lán)牙連接狀態(tài)

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第三步如下圖：當(dāng)有人經(jīng)過，距離改變時，舵機轉(zhuǎn)動，顯示屏顯示當(dāng)前人

數(shù)，藍(lán)牙輸出當(dāng)前人數(shù)。

圖6.4檢測到人經(jīng)過的狀態(tài)

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第四步如下圖：當(dāng)藍(lán)牙輸入“Y”時，舵機轉(zhuǎn)動，顯示屏顯示“門開

了”。

圖6.5門打開的狀態(tài)

7參考資料

[1]任潔琦.基于STC89C51單片機的模擬測速裝置的設(shè)計:機械工程與自動化

[2]基于Arduino的趣味電子制作SimonMonk、張寶玲、吳蘭臻、鄭海昕科學(xué)出版

[3](英)SimonMonk，ARDUINO編程從零開始，科學(xué)出版社

[4]單成祥，牛彥文，傳感器設(shè)計基礎(chǔ)，北京:國防工業(yè)出版社，2007

[5]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計基礎(chǔ):北京航天航空出版社，2014:5-6.

[6](美)布魯姆(Blum,J.)著:況琪，王俊升譯.Arduino魔法書:實現(xiàn)夢想的工具和技術(shù):電

子工業(yè)出版社，2014.10

[7]SimonMonk著，唐樂譯.Arduino+Android互動智作:科學(xué)出版社，2013-1

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

[8]馬建國.電子系統(tǒng)設(shè)計.北京:高等教育出版社，2004.1.

8產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求；

[2]IP