【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給最少10us的高電平信號(hào)。(2)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；(3)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。超聲波測(cè)距是借助于超聲脈沖回波渡越時(shí)間法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時(shí)間為 t ，超聲波在空氣中的傳播速度為 c ，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離 D 可用下式求出： D = ct /2，即測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。相應(yīng)的系統(tǒng)框圖，如下圖所示：超聲波測(cè)距原理框圖超聲波時(shí)序圖如下：超聲波時(shí)序圖2）WIFI通信技術(shù)WiFi命名的由來(lái)：WiFi是wirelesss Fidelity（無(wú)線保真度）的縮寫。現(xiàn)在，WiFi經(jīng)常作為無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的代名詞。WiFi技術(shù)目前在家庭、辦公室中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛了。當(dāng)我們?nèi)ヂ糜?、辦公時(shí)，就可以在這些場(chǎng)所使用我們的掌上設(shè)備盡情網(wǎng)上沖浪了。廠商只要在機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過(guò)高速線路將因特網(wǎng)接入上述場(chǎng)所。這樣，由于“熱點(diǎn)”所發(fā)射出的電波可以達(dá)到距接入點(diǎn)半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將支持WiFi的筆記本電腦或PDA或手機(jī)或psp或ipodtouch等拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。WLAN不僅使人們享受到無(wú)線上網(wǎng)的樂(lè)趣，使企業(yè)的辦公環(huán)境更加整潔，在建筑物里無(wú)需復(fù)雜的布線，只需要在局域網(wǎng)任何一個(gè)終端位置部署訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（AP，Access Point）其實(shí)就是我們常用的無(wú)線路由器，安裝有WiFi終端的計(jì)算機(jī)就可以接入局域網(wǎng)了。我們之所以開(kāi)發(fā)一套wifi傳輸?shù)漠a(chǎn)品，是因?yàn)楝F(xiàn)在各大高?；径家呀?jīng)覆蓋，在數(shù)據(jù)傳輸方面，無(wú)需再部線，同時(shí)，在用我們的產(chǎn)品的時(shí)候，也會(huì)給已有wifi覆蓋的高校節(jié)省很多花費(fèi)，我們只需將我們的產(chǎn)品連入局域網(wǎng)，即可直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫?nèi)服務(wù)器。節(jié)省成本和人力花費(fèi)，是一項(xiàng)不可多得的數(shù)據(jù)傳輸方式。3）zigbee無(wú)線通信技術(shù)隨著無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)不斷成熟和迅速發(fā)展，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）的研究也越來(lái)越熱。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種具有特殊組織形式和應(yīng)用的Adhoc（Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)中心自組織的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它不以任何已有的固定設(shè)施為基礎(chǔ)而能隨時(shí)隨地組建臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)，它使得人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實(shí)、可靠地信息，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在的計(jì)算”理念。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖目前，有五種短距離無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)正在逐漸成為IT界討論的焦點(diǎn)，它們分別是近距離無(wú)線傳輸(NFC)、超寬頻 (ultrawideBand)、藍(lán)牙(Bluetooth)、無(wú)線局域網(wǎng)(WiFi)以及ZigBee。與以上四種典型的短距離無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)相比，ZigBee擁有低功耗、低速率、短距離、網(wǎng)絡(luò)容量大、節(jié)點(diǎn)體積小、架構(gòu)簡(jiǎn)易等明顯特點(diǎn)。所以，由于其節(jié)點(diǎn)體積小，能夠自組網(wǎng)。而且，又因?yàn)橛写罅康墓?jié)點(diǎn)進(jìn)行群體協(xié)作，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自愈能力，某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失效都不會(huì)對(duì)整體的任務(wù)完成造成致命性的傷害，所以非常適合用來(lái)組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。zigBee與其他短距離無(wú)線通信技術(shù)之間的比較正是由于以上這些特點(diǎn)，基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以符合基于人數(shù)統(tǒng)計(jì)的校園通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。即適用于電源供電受限、布線難度大、維修維護(hù)困難、資金短缺的校園及公共場(chǎng)所。所以，在短距離網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的選擇上，本產(chǎn)品綜合考慮最終選擇了ZigBee通信技術(shù)。4）奧普應(yīng)對(duì)技術(shù)可能問(wèn)題的辦法① 安裝超聲波傳感器測(cè)距模塊后，可能會(huì)因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境中的塵?；蛘呷藶楹闷?，導(dǎo)致超聲波測(cè)距模塊收到一定程度的損壞。解決辦法：在超聲波傳感器測(cè)距模塊的發(fā)射和接收探頭外分別加上一層保護(hù)套，保證了測(cè)距模塊的安全和長(zhǎng)久的使用。同時(shí)，對(duì)整個(gè)測(cè)距節(jié)點(diǎn)，包括超聲波測(cè)距傳感器、單片機(jī)和zigbee無(wú)線傳輸模塊，都包裝在一個(gè)簡(jiǎn)易方便的小盒子里，既保證美觀，又保證了產(chǎn)品的安全性。② 由于外界環(huán)境情況比較復(fù)雜，例如：上課和下課時(shí)間段，人員擁擠，可能導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差比較大，因此，人數(shù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果就會(huì)有比較大的誤差。解決辦法： 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們盡可能的對(duì)各種特例情況進(jìn)行了分析，并建立了一種最優(yōu)化的模型，針對(duì)特殊情況下的數(shù)據(jù)，進(jìn)行特殊的補(bǔ)償和刪減分析，使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更加的貼合實(shí)際。這就是我們產(chǎn)品的核心算法部分解決的問(wèn)題。在今后，我們會(huì)繼續(xù)在這方面進(jìn)行探索，建立健全的模型庫(kù)，并進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取將我們系統(tǒng)的準(zhǔn)確性再提高一個(gè)百分點(diǎn)。本產(chǎn)品中，超聲波測(cè)距模塊將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)zigbee無(wú)線通信模塊發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一交由FPGA模塊來(lái)并行處理。最終只將處理后的人數(shù)數(shù)據(jù)上傳到我們的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端，以供上層應(yīng)用，如學(xué)校校內(nèi)網(wǎng)站、手機(jī)APP來(lái)進(jìn)行調(diào)用訪問(wèn)及顯示。其中，本公司自主研發(fā)了復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理邏輯算法部分，是我們的核心競(jìng)爭(zhēng)力，穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，加上高效、可靠穩(wěn)定的算法，大大提高了我們的人數(shù)統(tǒng)計(jì)的校園通系統(tǒng)的魯棒性。同時(shí)，使得我們的產(chǎn)品相對(duì)于其他同類產(chǎn)品，有了明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。除此之外，我們緊跟潮流，在各大應(yīng)用平臺(tái)上都進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)。如，web網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)，LED屏實(shí)時(shí)顯示，手機(jī)APP客戶端訪問(wèn)等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和服務(wù)的提供過(guò)程中，我們始終不忘我們的企業(yè)宗旨：專注技術(shù)，讓每個(gè)人的生活變得更加簡(jiǎn)單！人數(shù)統(tǒng)計(jì)的校園通系統(tǒng)，主要組成部件為：超聲波傳感器，單片機(jī)數(shù)據(jù)接收模塊，通過(guò)WIFI或zigbee/FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理，最后通過(guò)PC客戶端和手機(jī)APP可以得到人數(shù)數(shù)據(jù)。下圖是人數(shù)統(tǒng)計(jì)校園通系統(tǒng)圖。人數(shù)統(tǒng)計(jì)校園通系統(tǒng)組成圖 部件分類介紹奧普人數(shù)統(tǒng)計(jì)校園通主要有兩個(gè)版本：WIFI版和Zigbee版。對(duì)于已經(jīng)覆蓋WIFI網(wǎng)絡(luò)的校園或者用戶（如華北電力大學(xué)），我們提供WIFI版。此版本的統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)WIFI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有源供電，結(jié)構(gòu)小巧。WIFI版編號(hào)部件名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量備注1超聲波模塊HCSR041感應(yīng)角度：15度探測(cè)距離：2cm450cm精度：3mm2單片機(jī)最小系統(tǒng)Arduino UNO13FPGAAltera Cyclone II EP2C20F484C7N FPGA模塊數(shù)量視實(shí)際情況定4WIFI模塊EMW316215LED顯示屏定制根據(jù)客戶需求定制6PC客戶端奧普人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)WEB端官方網(wǎng)站7手機(jī)APP奧普人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)APP免費(fèi)下載對(duì)于沒(méi)有覆蓋WIFI網(wǎng)絡(luò)的校園或者用戶，我們提供Zigbee版，此版本的統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)Zigbee進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用電池供電，靈活方便。Zigbee版編號(hào)部件名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量備注1超聲波模塊HCSR041感應(yīng)角度：15度探測(cè)距離：2cm450cm精度：3mm2單片機(jī)最小系統(tǒng)Arduino UNO 13Zigbee模塊EMZ3048C14FPGAAltera Cyclone II EP2C20F484C7N FPGA模塊數(shù)量視實(shí)際情況定5LED顯示屏定制根據(jù)客戶需求定制6PC客戶端奧普人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)WEB端官方網(wǎng)站7手機(jī)APP奧普人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)APP免費(fèi)下載 部件功能1）超聲波模塊HCSR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm400cm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?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)。(2)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；(3)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。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。本模塊使用方法簡(jiǎn)單,一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間,即可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量的值。2） 單片機(jī)最小系統(tǒng)Arduino能通過(guò)各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過(guò)控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過(guò)Arduino的編程語(yǔ)言來(lái)編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，收錄進(jìn)微控制器。對(duì)Arduino的編程是利用 Arduino編程語(yǔ)言 (基于 Wiring)和Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境(based on Processing)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。基于Arduino的項(xiàng)目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3）WIFI模塊WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。WiFi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由WiFi聯(lián)盟(WiFi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 。使用IEEE 。甚至把WiFi等同于無(wú)線網(wǎng)際網(wǎng)路。WiFi（Wireless Fidelity）無(wú)線相容性認(rèn)證，作為一種常見(jiàn)的短距離無(wú)線技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)如下：1. 無(wú)線電波的覆蓋范圍廣。WiFi的電波覆蓋范圍半徑可達(dá)300ft左右，合約100m。2. 雖然由WiFi技術(shù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度非?？?，可以達(dá)到54Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。3. 進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低。不用耗費(fèi)資金進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線接入，只要在人員較密集的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過(guò)高速線路將因特網(wǎng)接入即可，從而節(jié)省了大量的成本。4）Zigbee模塊ZigBee是一組基于IEEE 。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由三種節(jié)點(diǎn)所組成：協(xié)調(diào)器、路由器和末端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組織和維護(hù)。路由器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息幀的路由，而末端設(shè)備則是實(shí)現(xiàn)具體功能的單元。根據(jù)功能來(lái)劃分，又分為全功能設(shè)備（FFD）和簡(jiǎn)化功能設(shè)備（RFD）。協(xié)調(diào)器和路由器必須為FFD，而末端設(shè)備可以是FFD或者是RFD。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以使用Star、Mesh和Tree這三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鑒于ZigBee技術(shù)擁有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全性、免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于以下領(lǐng)域：1. 家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動(dòng)控制、窗簾的自動(dòng)控制、煤氣計(jì)量控制、家電的遠(yuǎn)程控制。2. 工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動(dòng)化控制。3. 商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等。4. 公共場(chǎng)所：煙霧探測(cè)器等。5. 農(nóng)業(yè)控制：收集各種土壤信息和氣候信息。6. 醫(yī)療：老人與行動(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。5）FPGA模塊FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）是可編程器件。與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA利用小型查找表（161RAM）來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來(lái)驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了即可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式,并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能, FPGA允許無(wú)限次的編程.6）LED顯示屏端LED顯示屏（LEDdisplay,LED Screen）：又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。是由LED點(diǎn)陣和led pc 面板組成，通過(guò)紅色，藍(lán)色，白色，綠色LED燈的亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫、視頻，內(nèi)容。可以根據(jù)不同場(chǎng)合的需要做出不同的調(diào)節(jié)，比如一般的廣告牌那些流動(dòng)的字畫，就是通過(guò)flash制作一個(gè)動(dòng)畫,儲(chǔ)蓄在顯示屏的一張內(nèi)存卡里,再通過(guò)技術(shù)手法顯示出來(lái)的,可以根據(jù)不同的需要隨時(shí)更換，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。傳統(tǒng)LED顯示屏通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。7）PC客戶端客戶通過(guò)下載我公司自助開(kāi)發(fā)的配套軟件或者網(wǎng)站登陸方問(wèn)，可以通過(guò)電腦客戶端實(shí)時(shí)查詢相應(yīng)地點(diǎn)的人數(shù)情況。（附圖）我們可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析功能了解同一個(gè)科目不同授課老師的出勤率，或者同一個(gè)老師不同科目的出勤率，由此可以得出哪個(gè)科目更適合哪個(gè)老師教授。從而調(diào)整課程，進(jìn)一步保證教學(xué)質(zhì)量。類似的功能我們都可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析功能來(lái)完成。8）手機(jī)APP客戶通過(guò)下載我公司自助開(kāi)發(fā)的配套APP，可以通過(guò)手機(jī)客戶端實(shí)時(shí)查詢相應(yīng)地點(diǎn)的人數(shù)情況。如下圖所示。 本產(chǎn)品主要的優(yōu)勢(shì)如下：1）產(chǎn)品原理簡(jiǎn)單可行，可靠性高