基于嵌入式系统人员计数统计的方法及设备的制作方法

专利名称：：基于嵌入式系统人员计数统计的方法及设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一个利用人体红外信号来识别人员移动方向，并对过往人员数量进行实时计数统计的系统，属于电子检测与信号处理领域。
背景技术：
：目前，国内外对具有人员流动场合的人员数量统计，绝大多数情况仍采用传统的手工作业统计方式。也有人尝试将探测器放置在人员移动方向的侧边，利用菲涅尔透镜探测人体面部信号，识别人体移动方向识别；还有人把传感器排成矩阵，通过传感器响应顺序识别人体移动方向，但是这些方法采集人体信息都是杂乱的，即便经过处理后，人体信号也不会具有较强的规则性，所以识别的灵敏性和精度都不高，离实际应用还有很大的差距。
发明内容本发明的目的是提供一种准确度高、功耗小和成本低的基于嵌入式系统的人员计数统计系统，它以人体所特有的辐射信号为检测目标，信号处理采用模糊识别的算法，科学、实时、精确的人员数字统计，为管理者做出正确的商业判断和制定更为缜密的商业策略提供依据。本发明提供该方法使用的设备。本发明的目的是这样实现的一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法，包括a.信号采集将信号采集装置的探测器放置在人体通过区域的顶部，经过改造的光学系统，红外热释电传感器只对限定探测区域内的人体信号响应，将采集到的不规则信号转变为处理器可识别的规则信号；b.信号处理将可识别规则人体红外信号输入到核心处理器后，采用模糊识别算法识别人体移动方向，进行人员数量的实时统计，并自动存储于外存中；c.利用嵌入式微处理器自带的USB控制器构建系统USB传输接口，用户可通过USB接口转移存储器中人员信息的数据。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，所述的探测器放置的高度范围在1.84m。传感器的探测面积一般限定在直径11.5m有效区域。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，所述的信号采集装置与信号处理装置之间将人体信号进行实时交换，通过不受空间限制无线传输方式或者有线传输方式。一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，其组成包括核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器，其组成还包括信号采集装置，与所述的信号采集装置联系的无线\有线传输模块，与所述的信号采集装置联系的信号接收装置，所述的信号接收装置包括所述的核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器、对外出输出的USB接口电路，采用嵌入式实时操作系统强大的内存管理与I/O管理，编制了无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块的驱动程序与应用程序。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，所述的信号采集装置包括人体红外传感器、与所述的人体红外传感器连接的信号处理器和无线\有线传输模块。发明优点1.人体表面温度为3637°C，在光谱中其辐射的波长为910μm。这一波长的红外在自然界移动物体中是很特殊的，因此利用这一特殊的温度辐射的漫散射现象，可以通过该波段红外热释电探测器来捕捉人体信号。红外热释电传感器是用来专门捕捉人体信号的探测器，当传感器吸收到红外信号时在其极化的强介电物质表面会感应出电荷，经电荷放大转变为电压信号，电压信号的波动即可用于人体信号的检测。但是目前市场所销售的红外热释电传感器传感器的检测视角都在90°以上，探测区域很宽，所以采集人体的信号不是规则的单峰单谷，信号相互叠加产生不规则信号，这给后续信号处理增添了不确定性。因此，必须经过改造的光学系统才可将不规则信号转变成可被用做检测的规则信号。本发明有效地解决了这一问题。2.包括人体红外传感器、信号处理器和无线\有线传输模块，用来采集和处理人体所散发出特有波长的红外信号，并且将人体信号无线实时传送到信号接收装置。信号采集装置探测有效区域直径设置为11.5m，探测传感器安装高度范围设置在1.84m，人体(3)从进入探测区域到走出探测区域的时间约为0.31.0秒。当人体以正常步速(1米/秒)通过探测区域时，产生的波形如图2和图3所示，为单峰单谷的信号，但是当步速不同和连续出入时，波形就不会是单峰单谷的规则信号，需采用模糊识别算法加以区别。本发明的方法通过核心计算机能够完成的模糊识别算法完成了这种传统技术中不能解决的单峰单谷的规则信号区别。3.在整个系统操作软件方面，本发明利用嵌入式实时操作系统强大的内存管理与I/O管理功能，编制了无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块的驱动程序与应用程序，使系统可以多任务并行执行，能有效避免竞态与I/O阻塞。同时，利用嵌入式微处理器强大的数据处理功能和丰富的接口资源，以Linux系统下OHCI协议为基础，编写USB数据传输软件，通过USB接口将采集到的人员数据信息以文件形式存储在用户的USB设备中。4.本发明利用世界上流行的GUI图形应用软件设计了系统的图形用户界面，该软件基于消息和管道机制，能有效处理各种外部消息，其操作界面类似桌面PC界面，操作简单，功能强大，界面美观。图1是人员实时计数系统装置的结构示意图；经过改造的光学系统检测到的人体移动信号实际波形图分别如图2和图3所示。图2为人体正向通过有效探测区域的波形。图3为人体反向通过有效探测区域的波形，可以看出因人体方向不同产生的波形差异可作为出入方向的识别标志。图4是模糊控制算法的流程图，可以看出计算机或微处理器通过调用子函数比较易于实现模糊控制。图5是中断服务程序流程图。中断服务程序所占用处理器的时间由人体步速所决4定，当人体移动较快时，所占用的时间就很短，如果被探测的人体是踱进的探测区域，则处理器会一直处于中断服务程序，直到人体移出探测区域。图6是本发明的电原理图。图7是本产品的硬件结构连接图。具体实施例方式实施例1一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法，包括a.信号采集将信号采集装置的探测器放置在人体通过区域的顶部，经过改造的光学系统，红外热释电传感器只对限定探测区域内的人体信号响应，将采集到的不规则信号转变为处理器可识别的规则信号；b.信号处理将可识别规则人体红外信号输入到核心处理器后，采用模糊识别算法识别人体移动方向，进行人员数量的实时统计，并自动存储于外存中；c.利用嵌入式微处理器自带的USB控制器构建系统USB传输接口，用户可通过USB接口转移存储器中人员信息的数据。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，所述的探测器放置的高度范围在1.84m。传感器的探测面积一般限定在直径11.5m有效区域。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，所述的信号采集装置与信号处理装置之间将人体信号进行实时交换，通过不受空间限制无线传输方式或者有线传输方式。一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，其组成包括核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器，其组成还包括信号采集装置，与所述的信号采集装置联系的无线\有线传输模块，与所述的信号采集装置联系的信号接收装置，所述的信号接收装置包括所述的核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器、对外出输出的USB接口电路，采用嵌入式实时操作系统强大的内存管理与I/O管理，编制了无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块的驱动程序与应用程序。所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，所述的信号采集装置包括人体红外传感器、与所述的人体红外传感器连接的信号处理器和无线\有线传输模块。该方法的更详细的说明系统的采集信号红外传感器安装在需要进行人员统计的出入口处的顶部，安装高度范围可调(一般在1.84m)，系统的接收装置可以放置在用户使用方便的地方，用户通过液晶显示界面和功能菜单提示操作获取检测数据，并自动将实时数据保存在非易失存储器中，用户可以利用USB接口提取数据。1.经信号处理器转换后的可识别规则人体红外信号输入到核心处理器后，采用模糊识别算法识别人体移动方向，进行人员数量的实时统计，并自动存储于外存中。2.信号采集装置与信号处理装置之间通过可以是无线传输方式，也可以选择有线传输方式，将人体信号进行实时交换，如果采用无线传输方式则不受空间限制。3.利用嵌入式微处理器自带的USB控制器构建系统USB传输接口，用户可通过USB接口转移存储器中人员信息的数据。4.基于嵌入式实时操作系统编制完成了系统各模块的驱动程序与应用程序，包括无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块。1.模糊控制算法在实现推理工程中如果执行复杂的矩阵运算，工作量非常大，很难满足控制系统的实时性要求，因此使用合成推理的查表法。查表法是一种避免复杂运算的离线推理方法，预先将计算出来的模糊控制表放置在程序中，编制成一个表格形式，采样值经模糊化处理后，通过量化因子变换后的值，按规定查找模糊控制表，然后返回一个精确值。图4是模糊控制算法的流程图，可以看出计算机或微处理器通过调用子函数比较易于实现模糊控制。当没有人经过探测区域时，传感器输出信号经过运放滤波后，基本稳定在2.5V±0.5V之间，只有在干扰或有人员通过探测区域时会产生大于3V或小于2V的信号。我们分别设定上限阈值和下限阈值，只有当信号超过阈值时，处理器才进行采样运算。如果是干扰信号所造成造成的有效信号，可以通过软件方式滤除，使中断服务程序尽快地返回主函数。这就最大限度的降低处理器的使用率，同时也能保证当人体通过探测区域时，处理器能迅速响应。如果是人体有效信号，则处理器通过模糊识别方式判断出人体移动方向，然后进行统计、存储和显示。中断服务程序流程图，如图5所示。中断服务程序所占用处理器的时间由人体步速所决定，当人体移动较快时，所占用的时间就很短，如果被探测的人体是踱进的探测区域，则处理器会一直处于中断服务程序，直到人体移出探测区域。2.USB数据传输(1)USB数据传输方式选择USB设备通信是通过端点实现的，端点只能往一个方向传递数据，即从主设备到从设备或者从设备到主设备。端点可以看作是单向的管道，它有四种不同的类型，分别具有不同的数据传送方式控制传输、中断传输、批量传输、等时传输，在本设计中，主要是通过USB设备来采集人员信息数据，在这种情况之下必须关注数据传输的准确性而，基于此我们必须选择批量传输来做为USB设备传输资料的方式。(2)嵌入式Linux操作系统下USB设备驱动为了方便使用USB操作和接口等功能，本系统使用了Linux操作系统下USB设备驱动功能。USB设备驱动程序是介于硬件和操作系统内核之间的软件接口，是一种专用于某一硬件的软件组件。在Linux中可以被看成是一类特殊文件，称之为“设备文件”，系统中的所有硬件设备都可使用一个特殊的设备文件来表示，一般把设备分为字符设备、块设备和网络设备。当一个程序打开一个设备文件时，内核就可获取对应设备的设备类型、主设备号及从设备号等信息，内核也就知道程序需要操作使用哪个驱动程序。随后，程序对这个文件的操作都会调用相应的驱动程序函数，同时将设备号传递给设备驱动程序。在Linux驱动程序中必须实现以下功能设备才能正常运行，即识别驱动所能支持的设备向系统内核注册及注销探测和处理设备的安装与删除提供操作设备的标准接口下面将针对各个实现分别予以说明a.设备的识别定义结构体usb_deViCe_id，它定义了不同类型该驱动程序支持的USB设备，USB核心使用这个列表来判断一个新插入的设备使用哪一个驱动程序b.USB设备驱动程序的注册与注销初始化结构体usb_driver，如下staticstructusb_driverskel_driver={.owner=THIS_M0DULE,.name="skeleton",.probe=skel_probe,.disconnect=skel_disconnect,.id_table=skel_table,}；struetmodule*owner该结构体指针指向驱动程序模块的所有者，USB核心使用它来正确地对该USB驱动程序进行引用计数，使驱动模块不会在不合适时被卸载，通常该变量设置为THIS_M0DULE宏οconstchar*name该指针指向驱动名称的字符串，需要注意的是驱动的名字不能与其它驱动重复。conststruetusb—device—id*id—table该指针指向结构体usb—device—id，包含所有驱动支持的不同类型USB设备。int(*probe)(structusb_interfaee*intf，constsructusb—devie—id*id)该指针是指向USB驱动中的探测函数指针。void(*disconneet)(structusb—interface*intf)该指针指向USB驱动中的断幵函数指针，当驱动从USB核心从卸载时，USB核心将调用该函数。在驱动通过insmod注册到核心以及通过rmmod从内核删除时分别要调用usb—register—driver()与usb—deregister—driver()函数完成，这两个函数均以usb_driver的指针为参数。c.设备的操作接口设备的操作接口函数主要是与相关设备进行数据交互，包括打开设备、读取数据、释放设备等。在Linux系统中所有的设备都被看成文件来操作，打开以及读写一个设备也就像打开一个普通文件一样，只需要调用驱动中open、read和write等函数。具体如下staticintskel_open(structinode*inode,structfile*file)/*打开设备*/staticintskel—release(structinode*inode，structfile*file)/*释放设备*/staticssize—tskel—read(structfile*file，char*buffer，size—tcount，Ioff—t*ppos)/*读数据*/staticssize—tskel—write(structfile^file,constchar*user—buffer，size_tcount，loff—t*ppos)/*写数据*/staticintskel_probe(structusb_interface*interface,conststructusb_device_id*id)/*探测函数*/staticvoidskel_disconnect(structusb_interface*interface)/*断开设备连接*/3.彩色液晶显示屏驱动为了使系统的数据显示和操作界面在液晶系统实现，本系统利用Linux操作系统定义一个Framebuffer设备，它是图形硬件设备的抽象层，描述视频硬件的帧缓冲区，提供一组非常方便的应用软件访问图形硬件的接口，应用软件不需要了解任何底层硬件设备的任何信息，只需通过指定的设备节点访问即可。对于针对Framebuffer设备开发应用程序的开发而言，Framebuffer设备与存储设备如/dev/mem具有同样的特征，可以读、写、定位到指定位置和进行mmapO操作，区别在于文件中所出现的存储区不是整个存储区域，而是图形设备的帧缓冲区。设备允许部分ioctls操作，通过这些操作查询和设置硬件信息，颜色表的处理也包括在这些操作当中。Linux下操作Framebuffer设备的过程如下a.获取硬件固定的信息，如名称、屏幕缓存的组织以及屏幕缓存的地址和长度等；b.获取或设置硬件可设置信息，如可视和虚拟图形区域，颜色表格式、时序等，当设置这些信息时，驱动可能会舍去不符合硬件能力的设置值或者返回EINVAL表示该设置不可能。c.获取和设置颜色表，包含红、绿、蓝、透明的16位颜色表支持所有已存在的硬件设备，驱动程序完成了需要应用到硬件的所有的计算工作。具体实现过程中我们定义了以下函数实现相关操作s3c44b0xfb_detect检测当前视频设置模式并保存为缺省模式；s3C44b0Xfb_enCOde_fiX根据输入参数填充硬件固定信息结构；S3C44b0Xfb_deCOde_Var从参数中获取硬件设置信息并检查该设置是否可用；s3c44b0xfb_encode_var根据输入参数填充硬件可设置信息，部分信息直接访问硬件获取；s3c44b0xfb_get_par填充硬件相关数据结构；s3c44b0xfb_set_par根据输入参数设置硬件相关数据；s3c44b0xfb_getcolreg读取颜色寄存器并返回16位颜色表值；s3C44b0Xfb_setCOlreg根据16位颜色表值设置颜色寄存器；s3c44b0xfb_pan_display根据输入结构中的偏移坐标调整显示；S3c44bOXfb_blank根据输入模式清空屏幕；s3c44b0xfb_set_disp设置帧缓冲区虚拟地址指针以及适合低级文本控制台的指针。实施例2基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，其组成包括核心处理器1、与所述的核心处理器连接的数据存储器2、液晶显示器3，其组成还包括信号采集装置，与所述的信号采集装置联系的无线\有线传输模块6，与所述的信号采集装置联系的信号接收直ο所述的信号接收装置包括所述的核心处理器1、与所述的核心处理器连接的数据存储器2、液晶显示器3、对外出输出的USB接口电路4，采用嵌入式实时操作系统强大的内存管理与I/O管理，编制了无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块的驱动程序与应用程序。所述的信号采集装置包括人体红外传感器5、与所述的人体红外传感器连接的信号处理器和无线\有线传输模块6。权利要求一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法，其特征是a.信号采集将信号采集装置的探测器放置在人体通过区域的顶部，经过改造的光学系统，红外热释电传感器只对限定探测区域内的人体信号响应，将采集到的不规则信号转变为处理器可识别的规则信号；b.信号处理将可识别规则人体红外信号输入到核心处理器后，采用模糊识别算法识别人体移动方向，进行人员数量的实时统计，并自动存储于外存中；c.利用嵌入式微处理器自带的USB控制器构建系统USB传输接口，用户可通过USB接口转移存储器中人员信息的数据。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，其特征是所述的探测器放置的高度范围在1.84m。传感器的探测面积一般限定在直径11.5m有效区域。3.根据权利要求1或2所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法，其特征是所述的信号采集装置与信号处理装置之间将人体信号进行实时交换，通过不受空间限制无线传输方式或者有线传输方式。4.一种基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，其组成包括核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器，其特征是其组成还包括信号采集装置，与所述的信号采集装置联系的无线\有线传输模块，与所述的信号采集装置联系的信号接收装置，所述的信号接收装置包括所述的核心处理器、与所述的核心处理器连接的数据存储器、液晶显示器、对外出输出的USB接口电路，采用嵌入式实时操作系统强大的内存管理与I/O管理，编制了无线接收模块、USB接口模块、存储模块及液晶显示模块的驱动程序与应用程序。5.根据权利要求4所述的基于嵌入式系统人员计数统计的方法使用的设备，其特征是所述的信号采集装置包括人体红外传感器、与所述的人体红外传感器连接的信号处理器和无线\有线传输模块。全文摘要基于嵌入式系统人员计数统计的方法及设备，现有的采集人体信息的方式所采集的信息都是杂乱的。本发明方法信号采集将信号采集装置的探测器放置在人体通过区域的顶部，经过改造的光学系统，红外热释电传感器只对限定探测区域内的人体信号响应，将采集到的不规则信号转变为处理器可识别的规则信号；信号处理将可识别规则人体红外信号输入到核心处理器后，采用模糊识别算法识别人体移动方向，进行人员数量的实时统计，并自动存储于外存中；利用嵌入式微处理器自带的USB控制器构建系统USB传输接口，用户可通过USB接口转移存储器中人员信息的数据。本发明用于混杂人流的人员计数统计。文档编号G01V8/10GK101882236SQ20091007197公开日2010年11月10日申请日期2009年5月7日优先权日2009年5月7日发明者卜丹,古力,窦雁巍,邓舸,邱成军申请人:黑龙江大学