基于ZigBee和红外的实验室座位利用率统计方法与流程

基于zigbee和红外的实验室座位利用率统计方法。

背景技术：

目前实验室通常采用人工统计的方式检测座位的利用率，每个座位上有一张填写当天座位使用情况的表格，需要每个使用者手动填写使用时间，若有人忘记填写或填写的时间不准确，就会严重影响座位利用率的统计结果。

技术实现要素：

发明目的：

基于zigbee和红外的实验室座位利用率统计方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种基于zigbee和红外的实验室座位利用率统计方法，其特征在于：该方法通过基于zigbee和红外的实验室座位利用率统计实现，此系统是由zigbee构成的三级网络，本系统中，一级节点zigbee主机模块与二级节点的zigbee终端模块进行无线通讯，并通过usb转ttl与上位机相连，将数据传送至上位机，完成通讯；二级节点通过zigbee主机接收三级红外模块采集到的数据，经过处理后由zigbee终端发送至一级节点，三级节点采用msp430控制器。

zigbee终端模块采用了不带pa功放的模块，睡眠模式下，电流值小于1ma，正常模式下，电流值为10ma，红外模块在没有led灯的情况下，电流值为10μa；控制器选择msp430，在相同功能的类似芯片中，此芯片的功耗较低；msp430的时钟选择辅助时钟，电流值为1.69ma。

所述方法舍弃了实测实发的方式，采用每5分钟mcu检测到同一个座位出现超过三次高电平，即检测到人的情况下，才会发送座位号，显示此座位有人；如果5分钟之内没有出现高电平，红外模块将进入睡眠模式，直到再次检测到高电平被唤醒。

上位机在统计分析收集到的数据时作如下处理：(1)若1分钟之内接收到某个座位的数据信息，则判定一分钟内此座位有人；(2)在五分钟之内，如果测得两个一分钟之内有人，则判定五分钟之内此座位有人；(3)在十分钟之内，如果测得3个一分钟有人，则判定十分钟之内此座位有人；一个小时分为6个十分钟检测时间段，一天分为13个小时检测时间段。

13个小时为8:00-21:00。

采用红外信号对人体进行检测，人进入系统感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平；检测端out引脚检测到人体时输出高电平，out连接至msp430的io，如果产生一个portmatchevent即边沿触发，将唤醒处于sleep的msp430，由msp430唤醒终端zigbee模块发送一个包含自身地址的数据包至主机zigbee模块。

红外模块的检测角度为110°，通过20次测试，确定三级节点的安装位置。20次测试中，若16次触发即认为该动作被感知。

红外探测元件采用的是ardunio人体红外热释电传感器，将三级节点部署在每个座位的桌子下方；热释电红外信号本身不产生任何类型的辐射，而是通过检测人体辐射的红外线来识别检测目标；探测元件在传感器顶端开设一个装有滤光镜片的窗口，此滤光片通过电磁波波长范围为7～10μm，适用于人体红外辐射的探测，其它波长的红外线由滤光片予以吸收，设置成专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

优点效果：

通过此方法不仅可以减少人为因素导致的统计误差，还可以高效准确地实时记录座位的使用情况，并且为用户提供直观的统计结果，极大地节约了人力资源，更加符合当今社会的自动化管理要求。

附图说明

图1为系统结构图；

图2为安装位置对比测试图；

图3座位利用率统计系统的上位机界面；

图4为每个座位一天的使用情况；

图5为软件结构图；

图6为红外模块与msp430的连接图。

具体实施方式

一种基于zigbee和红外的实验室座位利用率统计方法，是基于zigbee构成的三级网络。此系统采用低功耗的方法，能够实时获取实验室的座位使用信息，统计实验室的座位利用率，进而提高实验室对座位的管理效率。此系统是由zigbee构成的三级网络，可检测的座位总数理论上可达275个。本系统中，一级节点通过zigbee主机模块完成对二级节点zigbee网络系统的信号采集，并通过usb转ttl与上位机相连，将数据传送至上位机，完成通讯。二级节点通过zigbee主机接收三级红外节点采集到的数据，经过处理后由zigbee终端发送至一级节点。

为了降低系统的功耗，在器件的选择上，zigbee终端模块采用了不带pa功放的模块，睡眠模式下，电流值小于1ma，正常模式下，电流值为10ma，因为实验室内检测范围有限，这样既可以降低zigbee的功耗，同时也能满足所需的传输距离，红外模块在没有led灯的情况下，电流值为10μa；控制器选择msp430，在相同功能的类似芯片中，此芯片的功耗较低；msp430的时钟选择辅助时钟，电流值为1.69ma。通过器件的合理选择与设置，既降低了频率，同时降低了功耗。在软件算法上，舍弃了实测实发的方式，采用每5分钟mcu检测到同一个座位出现超过三次高电平(检测到人)的情况下，才会发送座位号，显示此座位有人；如果5分钟之内没有出现高电平(检测到人)，红外模块将进入睡眠模式，直到再次检测到高电平被唤醒。

为了提高检测的准确性，排除一些外界因素的干扰，上位机在统计分析收集到的数据时作如下处理：(1)若1分钟之内接收到某个座位的数据信息，则判定一分钟内此座位有人；(2)在五分钟之内，如果测得两个一分钟之内有人，则判定五分钟之内此座位有人；(3)在十分钟之内，如果测得3个一分钟有人，则判定十分钟之内此座位有人；一个小时分为6个十分钟检测时间段，一天分为13个小时(8:00-21:00)检测时间段。此检测方案可以提高系统统计结果的准确性。

图1为系统结构图，本系统是基于zigbee的三级网络。一级节点zigbee主机与二级节点的zigbee终端组成一个网络，二级节点通过stm8s与二级网络的主机通信，每个二级节点的主机与多个终端组成一个网络，最终组成一个三级的网络结构

本系统采用红外信号对人体进行检测，人进入系统感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。检测端out引脚检测到人体时输出高电平，out连接至msp430的io，如果产生一个portmatchevent(边沿触发)，将唤醒处于sleep的msp430，由msp430唤醒终端zigbee模块发送一个包含自身地址的数据包至主机zigbee模块。红外模块的检测角度为110°，通过20次测试，确定三级节点的安装位置。20次测试中，若16次触发即认为该动作被感知。图2为顶部安装与底部安装测试结果对比，据此决定将三级节点部署在每个座位的桌子下方。热释电红外信号本身不产生任何类型的辐射，而是通过检测人体辐射的红外线来识别检测目标。探测元件在传感器顶端开设一个装有滤光镜片的窗口，此滤光片可通过电磁波波长范围为7～10μm，适用于人体红外辐射的探测，其它波长的红外线由滤光片予以吸收，设置成专门用作探测人体辐射的红外线传感器。热释电红外只能检测动态人体，对于处于静态的人体无法识别。

上位机界面如图3所示，可以实时显示座位的使用情况，并可以将使用情况信息生成excel图表并导出到用户端，excel图表如图4所示。