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

目錄

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

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1芯片以及開(kāi)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(jì).................................................................................................4

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................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(jì).........................................................................................................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(jī)模塊.........................................................................................................9

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

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

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

6產(chǎn)品使用說(shuō)明.......................................................................................................12

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

6.2產(chǎn)品操作說(shuō)明...............................................................................................12

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

8產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)圖..............................................................................................19

I

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

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

II

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

基于Arduino的公園人流計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

產(chǎn)品是以ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板控制超聲波模塊距離使舵機(jī)開(kāi)關(guān)來(lái)統(tǒng)計(jì)人數(shù)

設(shè)計(jì)為目的。產(chǎn)品ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板作為主體部分，另外連接超聲波HC-

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

經(jīng)過(guò)時(shí)OLED液晶顯示屏?xí)@示當(dāng)前通過(guò)的人數(shù)，同時(shí)手機(jī)藍(lán)牙也會(huì)接收到有

人經(jīng)過(guò)的信息。而且手機(jī)藍(lán)牙也可控制舵機(jī)的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到只能控制門(mén)開(kāi)關(guān)

的效果。

公園為周?chē)用?、游客等提供了休閑娛樂(lè)的場(chǎng)所，加強(qiáng)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(jì)

數(shù)器，以對(duì)園區(qū)客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)景區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施全天、全方位24小時(shí)監(jiān)

控及人員流動(dòng)的記錄。采用穩(wěn)定可靠的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)景點(diǎn)

安全、科學(xué)、有效的管理。公園的客流統(tǒng)計(jì)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(duì)于重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的人員密度、擁擠程度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于高密度人員進(jìn)行預(yù)

警。對(duì)于重點(diǎn)安全地點(diǎn)實(shí)施監(jiān)督，提高發(fā)現(xiàn)、解決突發(fā)事故的行動(dòng)力，完善安

全生產(chǎn)保衛(wèi)制度和緊急救援機(jī)制。

綜上所述，對(duì)公園景區(qū)的客流量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)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(lè)空間。

2設(shè)計(jì)方案遴選

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

本功能。模塊設(shè)計(jì)功能除了能完成特定的測(cè)量要求，還應(yīng)能夠滿(mǎn)足般信號(hào)的測(cè)

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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(shí)用的設(shè)計(jì)思想，以成熟

先進(jìn)的器件為基礎(chǔ)，加上關(guān)鍵技術(shù)的研究來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)研制。

一個(gè)完整的智能計(jì)數(shù)系統(tǒng)，需要一個(gè)合適的傳感器，我們?cè)诮?jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)

品的兼容性以及實(shí)驗(yàn)效果上考慮，最終選擇了性?xún)r(jià)比最高的超聲波傳感器。產(chǎn)

品的基本形式是顯示功能、測(cè)距功能、開(kāi)關(guān)功能、以及智能控制功能。

2.1芯片以及開(kāi)發(fā)板選擇

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

STM32主要是給專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)人員做產(chǎn)品用的，需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但同時(shí)

編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)功能也相對(duì)復(fù)雜。比如串口輸出一個(gè)簡(jiǎn)單的字符串，對(duì)于

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

發(fā)工具比如Keil，可能需要上行代碼甚至更多。

方案2：ArduinoUNO開(kāi)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(yǔ)法都非常簡(jiǎn)單。大部分ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板的主控是AVR單片

機(jī)，ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板的優(yōu)勢(shì)還是代碼封裝性高，所需語(yǔ)句少，降低軟件的

開(kāi)發(fā)難度其具有大量的庫(kù)。Arduino開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是更簡(jiǎn)單，易用，上手，適合

新手使用。缺點(diǎn)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(kāi)發(fā)的強(qiáng)大性，一般情況下開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)相同的功能，Arduino開(kāi)發(fā)比

keil開(kāi)發(fā)使用更少的代碼就能實(shí)現(xiàn)。

綜上所述：選擇ArduinoUNO開(kāi)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(kù)，使用起來(lái)很簡(jiǎn)單。只需連接

相應(yīng)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，所以我使用Arduinouno開(kāi)發(fā)板。

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圖2.1Arudino開(kāi)發(fā)版實(shí)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(jì)，支持Windows、Linux、android數(shù)

據(jù)透?jìng)?，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(hù)通過(guò)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(jī)通信?？蓱?yīng)用

Windows電腦藍(lán)牙串口透?jìng)鳌ndroid藍(lán)牙串口透?jìng)鳌?/p>

圖2.2DY-31藍(lán)牙模塊

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2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

舵機(jī)做一

次開(kāi)關(guān)門(mén)

Arduino操作

UNO開(kāi)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(guò)時(shí)發(fā)板示當(dāng)前經(jīng)

過(guò)的人數(shù)

藍(lán)牙輸出

當(dāng)前人數(shù)

Arduino

舵機(jī)做一次

藍(lán)牙串口輸U(kuò)NO開(kāi)開(kāi)關(guān)門(mén)操作

入“Y”

發(fā)板

OLED液晶

顯示屏顯示

“門(mén)開(kāi)了”

圖2.3系統(tǒng)框圖

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

此產(chǎn)品使用ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，外接超聲波傳感器HC-SR04、舵機(jī)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(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1產(chǎn)品組成

ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

HC-SR04超聲波模塊

SG90舵機(jī)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(guò)時(shí)，超聲波設(shè)置的距離改變，輸出高電平給

ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)模塊使其轉(zhuǎn)動(dòng)90度后關(guān)閉，顯示

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

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4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

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(cè)，安裝方便，不易老化，材料堅(jiān)固，頻率高，波長(zhǎng)短，方向

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

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

能，測(cè)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(cè)距，給最少10us的高電平信呈。模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)

40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出

一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。

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圖4.3HC-SR04實(shí)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(jī)發(fā)光二極管又稱(chēng)為有機(jī)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(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)

有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，功

耗低。OLED由于同時(shí)具備自發(fā)光、不需背光源、對(duì)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(jiǎn)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(gè)控制指令，可以控制OLED的亮度、對(duì)比度、開(kāi)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(jī)模塊

控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部

有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)

電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。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(lái)做開(kāi)關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動(dòng)是可以完全

不用去考慮的。

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圖4.6舵機(jī)實(shí)物圖

圖4.7舵機(jī)接口圖

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

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(cè)是否有人經(jīng)過(guò)，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)超聲波距離改變舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯

示屏超聲波輸出當(dāng)前人數(shù)。

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開(kāi)始

開(kāi)始

定義超聲波傳感器、舵機(jī)引腳信號(hào)腳、

定義舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、定義變量renshu

當(dāng)藍(lán)牙發(fā)送”Y”時(shí)

定義超聲波傳感器的引腳號(hào)為4、5

號(hào)引腳、舵機(jī)引腳為6號(hào)引腳

設(shè)置超聲波傳感器信號(hào)引腳為輸入電機(jī)做一次開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)動(dòng)作

狀態(tài)

顯示屏顯示門(mén)已打開(kāi)

超聲波感器距離

<10？

No

結(jié)束

Yes

超聲波傳感器數(shù)字信號(hào)到

開(kāi)發(fā)板

未檢測(cè)到人經(jīng)過(guò)，電機(jī)不輸

renshu加一出，顯示屏、藍(lán)牙顯示當(dāng)前

renshu

電機(jī)做一次開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)動(dòng)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(shuō)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(shuō)明

第一步如下圖：接通電源。

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圖6.2待機(jī)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(guò)，距離改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)到人經(jīng)過(guò)的狀態(tài)

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第四步如下圖：當(dāng)藍(lán)牙輸入“Y”時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示屏顯示“門(mén)開(kāi)

了”。

圖6.5門(mén)打開(kāi)的狀態(tài)

7參考資料

[1]任潔琦.基于STC89C51單片機(jī)的模擬測(cè)速裝置的設(shè)計(jì):機(jī)械工程與自動(dòng)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(kāi)始，科學(xué)出版社

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

[5]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計(jì)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(shū):實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的工具和技術(shù):電

子工業(yè)出版社，2014.10

[7]SimonMonk著，唐樂(lè)譯.Arduino+Android互動(dòng)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(jì)

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

8產(chǎn)品設(shè)計(jì)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