基于STM32单片机的安检场所智能人流量统计系统设计

项目开发背景

随着社会的发展和城市化进程的加快，各类公共场所的安全管理显得尤为重要。特别是在机场、火车站、商场、医院等场所，如何在保证安全的前提下，提高通行效率，减少排队等待时间，成为了智能化安检系统的重要课题。人流量统计系统作为现代智能安检系统的重要组成部分，能够实时掌握场所内的人员流动情况，提供更加精确的流量预测，帮助安保人员做出快速响应。利用物联网技术、传感器技术、数据存储与分析技术，能够为人流量的实时监控与预警提供有力支持。

本项目设计一个基于STM32单片机的智能人流量统计系统，通过高效的传感器数据采集和智能化分析，实现场所内人员流动的实时监控、体温检测、队列时间预测等功能，确保安全的同时提升通行效率，并通过物联网平台实现数据存储与远程监控。

设计实现的功能

该智能人流量统计系统设计实现的功能如下：

1. 1. 入场与出场人数统计：利用红外激光传感器，分别在入口和出口处检测并统计人员的流入和流出数量。
2. 2. 队列通过时间统计：根据每个人经过时间（30秒）和队列人数，估算队列通过所需的总时间，提供给工作人员进行动态调度。
3. 3. 液晶屏显示：通过LCD液晶显示屏实时显示当前场所内的人员数量以及预计的排队时间。
4. 4. 体温检测与报警：通过非接触式红外测温传感器检测进入人员的体温，当体温超过37.3°C时，启用蜂鸣器进行报警，并显示体温信息。
5. 5. 语音播报：检测到人员进入时，系统自动启用语音播报模块，提示“请拿好随身包裹排队过安检”；当无人员时，自动关闭播报功能，避免噪音干扰。
6. 6. 数据上传与云存储：通过WIFI模块与华为云物联网平台进行连接，利用MQTT协议将数据上传至云端，支持数据存储、分析及历史数据回溯。
7. 7. 网页端展示：后端服务器通过Python技术实现数据拉取，设计HTML前端页面，以可视化的形式展示实时数据，支持浏览器访问。

项目硬件模块组成

1. 主控芯片：STM32F103

• • STM32F103单片机作为主控芯片，具有高性能、低功耗的特点，内置多种外设接口，能够灵活地连接各类传感器和模块，处理复杂的传感数据并进行控制操作。

2. 红外激光传感器

• • 用于检测进出场所的人流量，红外激光传感器具备较高的精度和响应速度，适合安检场所的高密度人员检测。

3. 非接触式红外测温传感器

• • 用于检测进场人员的体温，及时发现体温异常的人员。该传感器具备非接触式、高精度、快速响应等优点。

4. LCD液晶显示屏

• • 用于实时显示当前的人员流动情况，包括当前人数、队列通过时间、人员体温等信息，简洁直观地展示关键信息。

5. 蜂鸣器

• • 用于体温异常报警，发出警示音提示工作人员。

6. 语音播报模块

• • 用于人员进入时自动播报语音提示，提高通行效率，避免人工干预。

7. WIFI模块（ESP8266）

• • 用于与云平台连接，通过MQTT协议上传实时数据，支持物联网云平台的数据存储和分析。

8. 华为云物联网平台

• • 提供数据存储与云端展示，用户可以通过PC端或手机端进行实时查看和远程管理。

9. 电源管理模块

• • 提供5V稳定电源，为系统的所有模块供电。

设计思路

1. 硬件设计

本系统的硬件设计以STM32F103为主控芯片，其他各类传感器和模块通过SPI、I2C、UART等通信方式与STM32单片机连接。主要模块的接口和工作原理如下：

• • 红外激光传感器：分别安装在入口和出口处，通过检测激光束的中断情况来统计入场与出场人员的数量。
• • 非接触式红外测温传感器：连接至STM32的ADC接口，用于检测人员体温，超标时触发蜂鸣器报警。
• • LCD液晶显示屏：通过SPI接口与STM32连接，用于显示当前人员统计信息和预计排队时间。
• • 语音播报模块：采用GPIO控制，通过播放预设的语音提示来引导进入人员。
• • WIFI模块：通过UART与STM32连接，用于与华为云物联网平台通信，将数据实时上传到云端。
• • 蜂鸣器：连接到STM32的GPIO口，当体温超标时，蜂鸣器发出报警声。

2. 软件设计

软件设计分为以下几个模块：

• • 传感器数据采集模块：定期读取红外激光传感器、体温传感器等数据，并进行数据处理与分析。
• • 队列时间计算模块：根据已知的每人通行时间（30秒），结合当前队列人数，计算预计的队列通过时间。
• • 数据上传模块：通过WIFI模块，将采集的数据（包括入场、出场人数、体温、预计排队时间等）上传到华为云物联网平台。
• • 显示模块：实时更新液晶显示屏，显示当前场内人数、体温等信息，并根据传感器反馈的信息动态显示。
• • 报警模块：当体温超标时，启用蜂鸣器报警，并通过语音播报模块播报提示语。

3. 云平台数据管理

通过物联网平台实现数据的存储和分析。设备将实时采集的数据上传到云端，云端服务器通过API接口获取数据并存储。用户可以通过浏览器访问前端页面，查看当前场所的人员流动情况、体温异常警报、历史数据分析等。

4. 网页展示与远程监控

通过Python开发后端服务器，利用HTML、CSS和JavaScript技术设计前端展示页面，实时展示各项数据，并支持报警提示。用户可以通过电脑或手机访问网页，查看场所的实时数据并进行远程监控。

系统功能总结

使用的模块的技术详情介绍

1. STM32F103

STM32F103系列单片机基于ARM Cortex-M3内核，具有丰富的外设接口，适用于各种实时性要求高的应用。其工作频率最高可达到72MHz，具有较强的计算能力和较低的功耗，非常适合本项目中的多任务并行处理需求。

2. 红外激光传感器

红外激光传感器通过发射和接收红外激光束来检测物体的穿越。当有物体穿越激光束时，传感器会检测到光的中断，从而实现人员的统计。该传感器具有较高的精度和响应速度，适合高密度环境中的实时检测。

3. 非接触式红外测温传感器

该传感器通过红外线探测物体（如人体）的温度，具有非接触式、高精度和快速响应的特点，非常适合公共场所的体温筛查。

4. ESP8266 WIFI模块

ESP8266是一个低成本的WIFI模块，集成了完整的TCP/IP协议栈，可通过AT指令控制，方便与STM32进行通信。通过WIFI，ESP8266能够将采集到的数据上传到云端，实现远程监控。

总结

本项目基于STM32单片机开发的智能人流量统计系统，成功集成了红外激光传感器、红外测温传感器、语音播报模块、WIFI模块等多种硬件模块，结合物联网技术，实现了实时数据采集、云存储和可视化展示功能。该系统不仅能够实时监控安检场所的人流量，还能有效预警体温异常，为安检人员提供及时的处理信息，确保公共安全和流通效率。

通过本项目的设计与实现，体现了STM32单片机在智能安检系统中的强大功能，同时也展示了物联网技术在实际应用中的巨大潜力。

STM32代码设计

下面是基于STM32单片机的安检场所智能人流量统计系统的main.c代码示例。在本代码中，重点是如何将这些模块结合起来，处理数据，显示信息并上传到物联网平台。

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "temperature_sensor.h"  // 非接触式红外测温传感器接口
#include "infrared_sensor.h"      // 红外激光传感器接口
#include "wifi.h"                 // WIFI模块接口
#include "buzzer.h"               // 蜂鸣器接口
#include "voice_prompt.h"         // 语音播报接口
#include "mqtt.h"                 // MQTT接口

#define MAX_PEOPLE_IN 100  // 最大允许人数
#define MAX_PEOPLE_OUT 100 // 最大允许人数

uint16_t people_in_count = 0;  // 当前进入人数
uint16_t people_out_count = 0; // 当前离开人数
uint16_t current_people_count = 0;  // 当前场内人数
float current_temperature = 0.0;    // 当前体温
uint16_t queue_time = 0;            // 队列通过时间（秒）

// 外部函数声明
extern void InfraredSensor_Init(void);
extern uint8_t Read_InfraredSensor_Entrance(void);
extern uint8_t Read_InfraredSensor_Exit(void);
extern void TemperatureSensor_Init(void);
extern float Read_Temperature(void);
extern void LCD_Init(void);
extern void LCD_Display_Info(uint16_t people_count, uint16_t time, float temp);
extern void Buzzer_Alert(void);
extern void Voice_Prompt_Init(void);
extern void Voice_Prompt_Say(char *message);
extern void WiFi_Init(void);
extern void MQTT_Init(void);
extern void MQTT_Send_Data(char *topic, char *data);

void System_Init(void) {
    // 初始化硬件模块
    LCD_Init();
    InfraredSensor_Init();
    TemperatureSensor_Init();
    Voice_Prompt_Init();
    WiFi_Init();
    MQTT_Init();
}

void Display_Info(void) {
    // 更新LCD显示
    LCD_Display_Info(current_people_count, queue_time, current_temperature);
}

void Update_Queue_Time(void) {
    // 计算队列通过时间（假设每人通过时间为30秒）
    queue_time = current_people_count * 30;
}

void Handle_People_In(void) {
    if (people_in_count < MAX_PEOPLE_IN) {
        people_in_count++;
        current_people_count = people_in_count - people_out_count;
        Update_Queue_Time();
        // 检测体温
        current_temperature = Read_Temperature();
        if (current_temperature > 37.3) {
            Buzzer_Alert();  // 体温异常，触发蜂鸣器
            Voice_Prompt_Say("体温异常，请注意！");
        } else {
            Voice_Prompt_Say("请拿好随身包裹排队过安检");
        }
        // 上传数据到云
        char data[100];
        snprintf(data, sizeof(data), "{\"people_in\":%d, \"people_out\":%d, \"temperature\":%.2f}", people_in_count, people_out_count, current_temperature);
        MQTT_Send_Data("security/people_count", data);
    }
}

void Handle_People_Out(void) {
    if (people_out_count < people_in_count) {
        people_out_count++;
        current_people_count = people_in_count - people_out_count;
        Update_Queue_Time();
    }
}

int main(void) {
    // 系统初始化
    System_Init();
    
    // 主循环
    while (1) {
        // 检测入口
        if (Read_InfraredSensor_Entrance()) {
            Handle_People_In();
        }
        
        // 检测出口
        if (Read_InfraredSensor_Exit()) {
            Handle_People_Out();
        }
        
        // 更新信息显示
        Display_Info();

    }
}

主要模块功能说明：

1. 1. 红外激光传感器模块（入口与出口检测）：
• • 通过InfraredSensor_Init初始化红外传感器。
• • 使用Read_InfraredSensor_Entrance和Read_InfraredSensor_Exit函数分别读取入口和出口的红外传感器信号，从而判断人员的进入和离开。
2. 2. 非接触式红外测温传感器：
• • 通过TemperatureSensor_Init初始化红外测温传感器。
• • 使用Read_Temperature函数获取当前检测人员的体温，如果体温超过37.3度，则触发蜂鸣器警报和语音提示。
3. 3. LCD显示模块：
• • 通过LCD_Init初始化LCD显示屏。
• • 使用LCD_Display_Info函数实时显示当前场内人数、预计队列通过时间和检测到的体温。
4. 4. 蜂鸣器模块：
• • 通过Buzzer_Alert触发蜂鸣器报警，提醒工作人员体温异常。
5. 5. 语音播报模块：
• • 通过Voice_Prompt_Init初始化语音播报模块。
• • 使用Voice_Prompt_Say函数进行语音提示，检测到人员进入时播放“请拿好随身包裹排队过安检”，体温异常时播放“体温异常，请注意！”。
6. 6. WIFI和MQTT模块：
• • 通过WiFi_Init初始化WIFI模块。
• • 通过MQTT_Init初始化MQTT客户端，连接到物联网服务器。
• • 使用MQTT_Send_Data函数将实时数据（如入场人数、出场人数、体温等）上传到华为云物联网平台。
7. 7. 队列时间统计：
• • 每当人员进场或离场时，计算队列通过的时间。每个进场人员假定通过时间为30秒，计算并更新预计的队列通过时间。

函数说明：

• • System_Init: 初始化所有硬件模块，包括LCD、传感器、语音播报、WIFI、MQTT等。
• • Display_Info: 更新LCD显示，显示当前场内人数、队列时间和体温信息。
• • Update_Queue_Time: 更新队列通过的时间（假设每个人通过时间为30秒）。
• • Handle_People_In: 处理进入人员的统计，检测体温，上传数据到物联网云端。
• • Handle_People_Out: 处理离开人员的统计，更新当前场内人数。
• • main: 主函数，控制整个系统的运行，定期读取传感器数据并处理。

结束语：

这段代码为安检场所智能人流量统计系统提供了核心功能的实现，包括人员流动统计、体温检测、实时显示、语音播报、数据上传等。各子模块已经假设是独立实现并正常工作的，系统通过STM32单片机进行高效的控制与数据处理。