【文章內(nèi)容簡介】 非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到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)測距，給最少10us的高電平信號。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。超聲波測距是借助于超聲脈沖回波渡越時間法來實現(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 ，則從傳感器到目標物體的距離 D 可用下式求出： D = ct /2，即測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。相應(yīng)的系統(tǒng)框圖，如下圖所示：超聲波測距原理框圖超聲波時序圖如下：超聲波時序圖2）WIFI通信技術(shù)WiFi命名的由來：WiFi是wirelesss Fidelity（無線保真度）的縮寫。現(xiàn)在，WiFi經(jīng)常作為無線局域網(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。當我們?nèi)ヂ糜?、辦公時，就可以在這些場所使用我們的掌上設(shè)備盡情網(wǎng)上沖浪了。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達到距接入點半徑數(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線上網(wǎng)的樂趣，使企業(yè)的辦公環(huán)境更加整潔，在建筑物里無需復(fù)雜的布線，只需要在局域網(wǎng)任何一個終端位置部署訪問節(jié)點（AP，Access Point）其實就是我們常用的無線路由器，安裝有WiFi終端的計算機就可以接入局域網(wǎng)了。我們之所以開發(fā)一套wifi傳輸?shù)漠a(chǎn)品，是因為現(xiàn)在各大高校基本都已經(jīng)覆蓋，在數(shù)據(jù)傳輸方面，無需再部線，同時，在用我們的產(chǎn)品的時候，也會給已有wifi覆蓋的高校節(jié)省很多花費，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，是一項不可多得的數(shù)據(jù)傳輸方式。3）zigbee無線通信技術(shù)隨著無線通信技術(shù)、計算機網(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，在計算機領(lǐng)域中，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）的研究也越來越熱。無線傳感器網(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)是一種無中心自組織的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，它不以任何已有的固定設(shè)施為基礎(chǔ)而能隨時隨地組建臨時性網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)，它使得人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實、可靠地信息，真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖目前，有五種短距離無線數(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，它們分別是近距離無線傳輸(NFC)、超寬頻 (ultrawideBand)、藍牙(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)(WiFi)以及ZigBee。與以上四種典型的短距離無線傳輸網(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)點體積小、架構(gòu)簡易等明顯特點。所以，由于其節(jié)點體積小，能夠自組網(wǎng)。而且，又因為有大量的節(jié)點進行群體協(xié)作，同時網(wǎng)絡(luò)具有很強的自愈能力，某一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的失效都不會對整體的任務(wù)完成造成致命性的傷害，所以非常適合用來組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。zigBee與其他短距離無線通信技術(shù)之間的比較正是由于以上這些特點，基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以符合基于人數(shù)統(tǒng)計的校園通系統(tǒng)的設(shè)計要求。即適用于電源供電受限、布線難度大、維修維護困難、資金短缺的校園及公共場所。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)對技術(shù)可能問題的辦法① 安裝超聲波傳感器測距模塊后，可能會因為室內(nèi)環(huán)境中的塵?；蛘呷藶楹闷?，導(dǎo)致超聲波測距模塊收到一定程度的損壞。解決辦法：在超聲波傳感器測距模塊的發(fā)射和接收探頭外分別加上一層保護套，保證了測距模塊的安全和長久的使用。同時，對整個測距節(jié)點，包括超聲波測距傳感器、單片機和zigbee無線傳輸模塊，都包裝在一個簡易方便的小盒子里，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：上課和下課時間段，人員擁擠，可能導(dǎo)致測得的數(shù)據(jù)誤差比較大，因此，人數(shù)統(tǒng)計的結(jié)果就會有比較大的誤差。解決辦法： 針對這個問題，我們盡可能的對各種特例情況進行了分析，并建立了一種最優(yōu)化的模型，針對特殊情況下的數(shù)據(jù)，進行特殊的補償和刪減分析，使數(shù)據(jù)的準確性更加的貼合實際。這就是我們產(chǎn)品的核心算法部分解決的問題。在今后，我們會繼續(xù)在這方面進行探索，建立健全的模型庫，并進行機器學習，爭取將我們系統(tǒng)的準確性再提高一個百分點。本產(chǎn)品中，超聲波測距模塊將測得的實時數(shù)據(jù)通過zigbee無線通信模塊發(fā)送到匯聚節(jié)點，統(tǒng)一交由FPGA模塊來并行處理。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)庫服務(wù)器端，以供上層應(yīng)用，如學校校內(nèi)網(wǎng)站、手機APP來進行調(diào)用訪問及顯示。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，是我們的核心競爭力，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)計的校園通系統(tǒng)的魯棒性。同時，使得我們的產(chǎn)品相對于其他同類產(chǎn)品，有了明顯的競爭優(yōu)勢。除此之外，我們緊跟潮流，在各大應(yīng)用平臺上都進行軟件的開發(fā)。如，web網(wǎng)頁訪問，LED屏實時顯示，手機APP客戶端訪問等。在產(chǎn)品的設(shè)計和服務(wù)的提供過程中，我們始終不忘我們的企業(yè)宗旨：專注技術(shù)，讓每個人的生活變得更加簡單！人數(shù)統(tǒng)計的校園通系統(tǒng)，主要組成部件為：超聲波傳感器，單片機數(shù)據(jù)接收模塊，通過WIFI或zigbee/FPGA進行數(shù)據(jù)傳輸和處理，最后通過PC客戶端和手機APP可以得到人數(shù)數(shù)據(jù)。下圖是人數(shù)統(tǒng)計校園通系統(tǒng)圖。人數(shù)統(tǒng)計校園通系統(tǒng)組成圖 部件分類介紹奧普人數(shù)統(tǒng)計校園通主要有兩個版本：WIFI版和Zigbee版。對于已經(jīng)覆蓋WIFI網(wǎng)絡(luò)的校園或者用戶（如華北電力大學），我們提供WIFI版。此版本的統(tǒng)計系統(tǒng)通過WIFI進行數(shù)據(jù)傳輸，有源供電，結(jié)構(gòu)小巧。WIFI版編號部件名稱規(guī)格/型號數(shù)量備注1超聲波模塊HCSR041感應(yīng)角度：15度探測距離：2cm450cm精度：3mm2單片機最小系統(tǒng)Arduino UNO13FPGAAltera Cyclone II EP2C20F484C7N FPGA模塊數(shù)量視實際情況定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)計系統(tǒng)WEB端官方網(wǎng)站7手機APP奧普人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)APP免費下載對于沒有覆蓋WIFI網(wǎng)絡(luò)的校園或者用戶，我們提供Zigbee版，此版本的統(tǒng)計系統(tǒng)通過Zigbee進行數(shù)據(jù)傳輸，采用電池供電，靈活方便。Zigbee版編號部件名稱規(guī)格/型號數(shù)量備注1超聲波模塊HCSR041感應(yīng)角度：15度探測距離：2cm450cm精度：3mm2單片機最小系統(tǒng)Arduino UNO 13Zigbee模塊EMZ3048C14FPGAAltera Cyclone II EP2C20F484C7N FPGA模塊數(shù)量視實際情況定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)計系統(tǒng)WEB端官方網(wǎng)站7手機APP奧普人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)APP免費下載 部件功能1）超聲波模塊HCSR04超聲波測距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到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)測距，給至少10us的高電平信號。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。本模塊使用方法簡單,一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平,當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,即可以達到你移動測量的值。2） 單片機最小系統(tǒng)Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，收錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言 (基于 Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(based on Processing)來實現(xiàn)的?；贏rduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實現(xiàn)。3）WIFI模塊WiFi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。WiFi是一個無線網(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等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)路。WiFi（Wireless Fidelity）無線相容性認證，作為一種常見的短距離無線技術(shù)，其優(yōu)勢如下：1. 無線電波的覆蓋范圍廣。WiFi的電波覆蓋范圍半徑可達300ft左右，合約100m。2. 雖然由WiFi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進，但傳輸速度非?？?，可以達到54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。3. 進入該領(lǐng)域的門檻比較低。不用耗費資金進行網(wǎng)絡(luò)布線接入，只要在人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，并通過高速線路將因特網(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)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由三種節(jié)點所組成：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，負責網(wǎng)絡(luò)的組織和維護。路由器負責網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息幀的路由，而末端設(shè)備則是實現(xiàn)具體功能的單元。根據(jù)功能來劃分，又分為全功能設(shè)備（FFD）和簡化功能設(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這三種拓撲結(jié)構(gòu)。鑒于ZigBee技術(shù)擁有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時延、高容量、高安全性、免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢，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、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家電的遠程控制。2. 工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動化控制。3. 商業(yè)：智慧型標簽等。4. 公共場所：煙霧探測器等。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)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(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。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，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）三個部分。 現(xiàn)場可編程門陣列（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）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O，由此構(gòu)成了即可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時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的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲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所能實現(xiàn)的功能, FPGA允許無限次的編程.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點陣和led pc 面板組成，通過紅色，藍色，白色，綠色LED燈的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻，內(nèi)容?？梢愿鶕?jù)不同場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的字畫，就是通過flash制作一個動畫,儲蓄在顯示屏的一張內(nèi)存卡里,再通過技術(shù)手法顯示出來的,可以根據(jù)不同的需要隨時更換，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客戶端客戶通過下載我公司自助開發(fā)的配套軟件或者網(wǎng)站登陸方問，可以通過電腦客戶端實時查詢相應(yīng)地點的人數(shù)情況。（附圖）我們可以通過統(tǒng)計分析功能了解同一個科目不同授課老師的出勤率，或者同一個老師不同科目的出勤率，由此可以得出哪個科目更適合哪個老師教授。從而調(diào)整課程，進一步保證教學質(zhì)量。類似的功能我們都可以通過統(tǒng)計分析功能來完成。8）手機APP客戶通過下載我公司自助開發(fā)的配套APP，可以通過手機客戶端實時查詢相應(yīng)地點的人數(shù)情況。如下圖所示。 本產(chǎn)品主要的優(yōu)勢如下：1）產(chǎn)品原理簡單可行，可靠性高