电气信息学院科技创新项目模板

附件1项目编号：电气与信息工程学院大学生科技创新活动计划项目申报书创新项目名称：基于单片机的教室人数系统设计创新项目负责人：黄广荣班级名称：12电气工程及其自动化（1）申报日期：2014.4.15项目类别：个人项目□团队项目□√一、项目简介项目概况项目名称基于单片机的教室人数统计系统设计项目性质（）基础研究（√）应用基础研究项目来源（）自主立题（√）教师指导选题起止时间自2014年6月至2015年6月项目状况1.研发阶段2.中试阶段3.批量（规模）生产（选项打√）申请人姓名性别出生年月入学年月所在班级联系电话电子信箱项目组主要成员姓名年龄性别专业具体分工男男男项目指导教师姓名性别出生年月主要研究方向计算机控制近三年获奖成果：国家级奖项项，省部级奖项__项近三年科研经费_12_万元，年均___4__万元项目主要内容简介这个项目主要目的是自动检测某一时间段到内进入教室的人数，并通过数码管直观的把教室实到人数显示出来，从而直接的减轻教师的考勤压力，也间接提高了同学们的上课出勤的积极性，也为学校的考勤管理提供更加准确的出勤率，提高工作管理效率。系统功能的实现主要是通过基于RE200B型热释电用红外传感器产生进入教室的学生产生的变化信号，输入到AT89C51处理后经过数码管显示出某一时间段内的教室总人数。二、项目的研究目的及意义1．申请项目的必要性、目的及意义◆项目的必要性教师在课堂上点名是要一定时间的，如果人数较多，通过科学技术来节省点名所消耗的时间也是很必要的，而且点名过程中经常有学生替别人答道的情况，教师很难发现未到的同学，并且有时候即使班委点名知道谁没来，也可能为了照顾同学之间“和谐”关系不一定会上报到老师处，因此我们以单片机为核心，设计了此教室人数统计系统，对教室人数进行监控，在教室人数较多的情况下能帮助老师直观且及时了解学生的人数情况，并能根据人数的变化掌握学生迟到早退情况，从而为教学工作争取很多时间，更重要的是这个系统给予同学们一个无形的压力，提高同学们的出勤率，同时也为学校的教学管理系统提供实时准确度的学生出勤相关数据。◆目的性和意义这个项目的主要目的在于提高同学们上课积极性，一定程度上起到降低同学们的逃课几率，减少甚至避免迟到早退现象，减轻甚至避免老师教学的注意力被同学们的出勤情况分散的情况，从管理经济学的角度看的话，不仅降低了教学管理的成本，还大大的提高管理效率。2．项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围◆项目背景高校扩招以来,伴随着教育改革的深入,越来越多的青年学子能够有机会步入理想的大学校园,实现青春的梦想.但是大学生并非一些人心中的殿堂,当不少大学生感受到大学所带来的压力时,彷徨和困惑接踵而至.此时,逃课成了他们逃避现实的方法之一。学生的天职是学习，上好每一节课是其最基本的任务，也是其汲取知识、增长才干的最基本途径。而近些年来，大学生逃课现象在大学校园里普遍出现，并由逐步蔓延的趋势，几乎成了高校中流行的通病，严重影响了大学的教学质量。大学生出勤率的高低是衡量大学教学管理是否科学的标准之一。只有保证有较高的出勤率,才能保证教学质量,才能让学生学到更多的科学文化知识,才能更好的提高大学生科学文化素质。科学调查结果显示，大学生对于必修课、选修课的旷课的说法普遍持有“可以接受”的态度,占人数的56%.虽然没有人支持逃课,但是明确反对的仅占18%,而抱无所谓心态的同学则可以理解为默许,占到总人数的26%.这是旨在了解同学在思想认识上是如何看待逃课现象的,他们在各自思想的指导下,表现为逃课或者不逃课的行为。与此相吻合的是,该调查中的同学中有逃课经历的人数竟然占到调查人数的66.7%.其中,在逃课缺勤的课程选择上对课程管理松的占总人数的63.33%,对其无兴趣的26.67%。当被问及如果缺勤的话你将会选择什么情况缺勤，我们吃惊的发现,看老师是否经常点名的人数最多,占到48.67%,先到教师，点完名再走占4.33%,看是否有学校检查的占18%,而其他占到29%。但在实际的教学管理系统中，尽管有老师点名和班委点人数，但老师很多时候教学任务繁重不可能每节课都点名，而且班委也不一定会把自己掌握的出勤情况上报到老师处，何况同学们有很多帮没来同学报到的现象。有时即使点名了但同学们还是会点完名字之后就偷偷离开教室。基于以上种种的现象，我们很有必要通过科技创新来协助我们的教学管理工作了。◆主要内容（1）系统硬件设计本系统由检测模块、单片机、显示模块、电源四部分组成，系统设计框图如图所示!检测模块主要包括传感器和信号调理电路，主要功能是采集人员进出的信息，转换成单片机能够读取的信号单片机分析处理中断信号并进行计算，同时将教室人数情况通过显示模块显示出来，电源为整个系统提供电力，系统的硬件电路框图如下图1所示，硬件整体设计，单片机控制以及显示模块如图2所示。图1系统原理图图2硬件结构图单片机传感器检测模块1传感器检测模块23数码管显示输出电源◆系统的实现原理及方法（一）热释电红外传感器控制电路芯片选择与设计传感器选用，由一对红外对管构成。本文所介绍的红外对管由一个红外发射二极管和一个红外敏感三极管组成。当发射管和接收管没有人通过时，红外敏感三极管由于接收到红外发射而导通，输出低电平；当发射管和接收管有人通过时，红外敏感三极管截止，输出高电平。由于单片机外部中断引脚接收到负跳变信号时产生中断请求信号，而传感器组件的输出信号为3V的高电平，不能直接接在单片机外部中断引脚上。因此本设计使用三极管9014作为反相器，检测信号经反向后接到单片机。为了识别人们的进出，实际中采用了两组完全一样的信号采集电路。教室门口内外各安装一对红外对管，每对红外对管必须保持同一条直线上，高度在一米左右较为合适，安装时要求两对红外对管存在水平间距大约为50cm，当人由室外进入室内时或由离开室内时，两组红外敏感三极管输出的脉冲信号在时问上存在一定的先后顺序，由此可识别出人们的进出，由进出人数差就是室内现有的人数。热释电红外传感器输出的检测信号很小。要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。使电路执行相关动作。热释电红外传感器控制电路就是根据检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统，图3是控制电路的结构框图。图3控制电路结构图LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图4所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负低频放大比较整形ViVo电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图5。反向输入端同向输入端12345614131211109871432管脚连接图输出1输入1Vcc输入2输入3输出2输入7输入6输入5输入4输出4输出3VEE、GND俯视图图4放大器图5LM324芯片的引脚（2）RE200B相关技术参数①工作电压：DC6~24V②电平输出：有人3V高电平，无人0V低电平③感应角度：水平最大140度，垂直最大60度④静态电流：小于50微米⑤感应距离：0.5~7米⑥触发时间：约5~10秒⑦触发方式：重复/不重复⑧实物图见图6所示。⑨系统感应范围如果7所示。图6RE200B图注：实物图资料来源于度3-4m3-4m140度5-8m图7感应范围示意图（二）单片机芯片的选用及设计方法AT89C51是带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。故此设计采用AT89C51。使用单片机AT89C51作为控制核心。单片机的外部中断引INTO,INTI分别接两组传感器信号。选用7SEC-MPX2-CA共阴极数码管显示人数，采用动态连接方式，单片机PO口作为数据口向数码管提供显示段码，P2口的低三位作为数码管的控制位，考虑到传感器检测组件容易受内部电路电流冲击的干扰，采用9V的干电池单独供电。单片机和数码管使用5V直流开关电源供电。（三）软件程序的设计对于学生进出教室，我们认为有如下情况：1）没有人经过时。此时两个传感器传至单片机均保持为高电平，不产生中断信号，单片机计数维持不变。2）有人正常进出教室时。此时会先使得一个传感器先触发，另一个传感器后出发。单片机将先后收到连个中断信号，这种情况可以根据中断信号的先后顺序来判断人员是进或出。进则使人数加1，出则减1。3）有人非正常进出教室。此时可能的情况是有人触发了其中一个传感器，然后离开了，并没有通过教室门。或者触发一个传感器之后，站在原地不动，很长时间后再通过教室门，触发另一个传感器。对于这样非正常进出的情况可以通过设定通过时间的方式来处理。根据可能的情况，设计该程序使用周期性扫描来实现人数统计。设门外传感器对应单片机中断引脚INTO，门内传感器对应单片机中断引脚INTI，单片机间隔约8ms采集一次外部中断INTO和INTI引脚。设255次扫描的总时间为通过时间。具体工作过程为：先判断INTO和INTI信号，如果检测到INTO有信号，立即关闭INTO的中断，开始检测INTI信号，在通过时间内检测到INTI的信号则人数加1，若在通过时间内未检测到INTI信号则重新检测INTI和INTO反之，如果先检测到INTI有信号，立即关闭INTI的中断，开始检测INTO信号，在通过时间内检测到INTO的信号则人数减1，若在通过时间内未检测到INTO信号则重新检测INTO和INTI。系统中断流程图如图8所示。（四）技术水平及应用范围这个系统是基于RE200B型热释电用红外传感器和AT89C51单片机的自动检测控制系统，采用的是红外自动检测技术以及单片机信号处理及转化技术，并通过传输系统传输到数码管输出。此类可广泛应用与需要计数的相关领域。开始检测INTI、INTO检测到INTI？关INTO、开TO关INTI，开TI检测到INTI？检测到INTO？关全部中断关全部中断计数装置加1计数装置减1延时1s延时1s开INTO、INTI开INTO、INTI255次到了吗？255次到了吗检测到INT0？图8系统中断流程图3．实施该项目所具备的基础、优势和风险◆项目所具备的基础学院拥有电子实验室，学生电子创新实验室等良好的开发环境，通过对需求的分析，设计出系统模型图，并购买相关的电子器件，设计出系统模型。本项目的成员组都擅长电子设计，拥有经验丰富的指导教师，并邀请了电气与信息工程学院的相关专家，于此专业相关的学生一起研究。为项目的正常实施具有良好的实施基础。鉴于我们核心单片机STC89S51，RE200B型热释电用红外传感器，以及相关程序设计都是十分成熟的技术，所以我们完全有能力做到基于这些技术的这个系统。◆项目的优势和风险此项目的优势就是针对性强并且具有很高的实用性。较落后的老师点名制度不紧效率提高了很多，而且克服了老师、班委、同学之间的各种“利益”矛盾。项目实