一、系统设计目标与原理

本设计以 STM32H743IIT6 为核心，构建景区人流检测控制系统，旨在实现对景区出入口、热门景点等区域的人流实时监测、统计与超限预警。核心目标是支持单通道双向人流计数（精度≥95%）、多区域数据汇总（最多 16 个监测点）、客流密度分级（舒适 / 拥挤 / 饱和），当区域人数超过预设阈值（如瞬时客流密度＞0.5 人 /㎡）时，触发声光报警与信息推送，响应时间≤5s，同时通过 LCD 与上位机显示实时数据，满足景区客流调度与安全管理需求。
系统工作原理基于 “检测 - 统计 - 决策 - 联动” 的闭环架构：前端检测节点通过红外传感器与摄像头采集人流信息，STM32 对数据融合处理后，计算实时人数与密度；主控制器汇总各区域数据，与预设阈值比对，超限则启动预警机制；同时，系统支持通过 4G 模块将数据上传至景区管理平台，辅助管理人员进行疏导调度。STM32 的高速运算能力确保多源数据的实时处理，多种检测技术融合提升计数精度。

二、硬件架构设计

硬件架构以 STM32H743IIT6 为主控制器，包含前端检测节点与中央控制单元两部分：
（一）前端检测节点（每个监测点）
红外传感模块：
对射式红外传感器（E18-D80NK）：2 组平行安装于通道两侧（间距≤1.5m），检测行人遮挡状态，通过 GPIO 连接 STM32，区分进出方向（依据两组传感器被遮挡的先后顺序）。
漫反射红外传感器：辅助判断行人身高（过滤宠物、物体等干扰），输出信号经比较器（LM393）整形后接入 STM32。
图像辅助检测模块：
低功耗摄像头（OV5640）：采集通道实时图像，通过 DCMI 接口传输至 STM32，用于识别多人并排、遮挡等复杂场景。
红外补光灯：夜间或光线不足时开启，确保图像质量。
节点控制单元：
采用 STM32L431CBT6 低功耗单片机，负责本地数据采集与初步处理，通过 RS485（MAX485 芯片）与主控制器通信，传输距离≤1000m。
供电：12V 直流输入，经 DC-DC 转换为 3.3V，支持 PoE 供电（可选）。
（二）中央控制单元
主控制器模块：
STM32H743IIT6：处理各节点数据，运行人流统计算法，控制预警与显示设备，关键外设配置：
USART：连接 4G 模块（EC20）与 RS485 总线（扩展 16 个节点）。
LCD 控制器：驱动 10.1 英寸 TFT 屏（1280×800），显示实时数据。
SDIO：连接 SD 卡，存储 24 小时人流数据（采样间隔 1min）。
定时器：生成 PWM 信号控制报警装置。
预警与交互模块：
声光报警：红色 LED 警示灯（闪烁频率 2Hz）与蜂鸣器（1kHz），超限区域对应指示灯点亮。
触摸按键：3 个实体按键（复位、静音、手动刷新），支持通过触摸屏设置阈值参数。
语音模块（SYN6288）：播放提示语音（如 “当前区域拥挤，请合理安排游览路线”）。
通信模块：
4G 模块（EC20）：通过 TCP/IP 协议与景区管理平台通信，上传实时数据与报警信息。
WiFi 模块（ESP8266）：支持本地连接，供管理人员通过手机 APP 查看数据。
电源模块：
220V 交流输入，经开关电源转换为 12V/5A，为各模块供电：
12V 直接供给摄像头、报警灯。
经 DC-DC 转换为 5V 与 3.3V，供给 STM32、传感器与通信模块。
备用电源：12V/10Ah 锂电池，断电后维持系统工作≥4 小时。

三、软件逻辑设计

软件基于 FreeRTOS 实时操作系统，采用分层架构，包含节点端与主控端程序：
（一）前端检测节点程序
数据采集任务：
红外传感器：每 10ms 扫描一次状态，记录遮挡时序（如 A 传感器先遮挡为 “进入”，B 先遮挡为 “离开”）。
图像预处理：摄像头每 500ms 采集一帧图像，STM32L4 通过边缘检测算法识别人体轮廓，过滤非人体目标（面积＜0.1㎡）。
数据融合：结合红外与图像数据，剔除误触发（如单人遮挡两次计数），输出有效人流方向信号。
本地统计与通信：
维护 “进入数”“离开数”“当前人数” 三个计数器，通过 RS485 每 10s 向主控制器发送一次数据。
支持接收主控端的参数配置指令（如更新检测灵敏度）。
（二）中央控制单元程序
数据汇总与计算任务：
接收各节点数据，汇总得到景区总人数与各区域人数，计算客流密度（人数 / 区域面积）。
密度分级：
舒适：＜0.2 人 /㎡
拥挤：0.2-0.5 人 /㎡
饱和：＞0.5 人 /㎡
历史数据存储：按时间戳（RTC 提供）将数据写入 SD 卡，格式为 CSV（包含区域 ID、时间、人数、密度）。
预警控制任务：
阈值判断：当任一区域密度达到 “饱和” 级，或总人数超过景区最大承载量（预设值），立即触发报警。
联动控制：
本地：点亮对应区域报警灯，蜂鸣器鸣响，语音模块播放提示。
远程：通过 4G 模块向管理平台发送报警信息（包含区域、时间、当前人数）。
报警解除：密度降至 “拥挤” 级以下后，延迟 30s 自动解除报警。
人机交互与显示任务：
LCD 显示：分区域展示实时人数、密度等级（用绿 / 黄 / 红三色标识）、总人数，每 3s 刷新一次。
触摸屏操作：支持设置各区域面积、最大承载量、报警阈值，参数保存至片内 Flash。
按键响应：处理复位（清零当前计数）、静音（关闭蜂鸣器）等操作。
远程通信任务：
数据上传：每 1min 向管理平台发送一次汇总数据，报警时立即推送。
指令接收：响应平台下发的远程清零、参数修改等指令，执行后返回确认信息。

四、人流统计算法与优化

（一）双向计数算法
红外时序判断：
定义通道入口侧为 A 传感器，出口侧为 B 传感器。
进入：A 先遮挡（A=1，B=0）→ 两者同时遮挡（A=1，B=1）→ B 后释放（A=0，B=1）→ 计数 + 1。
离开：B 先遮挡→ 两者同时遮挡→ A 后释放→ 计数 - 1。
图像辅助校正：
当红外检测到多人并排（同时遮挡且持续时间＞1s），启动图像识别，通过轮廓数量修正计数（如识别 2 人则 + 2）。
过滤干扰：图像中目标高度＜1.2m 或面积＜0.1㎡时，忽略红外触发信号。
（二）精度优化措施
动态阈值：根据光线强度（摄像头采集的亮度值）调整红外传感器的触发阈值，降低强光 / 逆光干扰。
自学习校准：每日闭园后，系统自动对比各节点的 “进入数 - 离开数” 与实际清场人数，修正计数偏差（如累计误差＞5%，自动调整灵敏度）。
边缘补偿：在通道边缘设置虚拟检测线，解决贴边行人漏检问题。

五、系统测试与性能

在景区入口通道（宽 2m，长 5m）测试：
计数精度：单人通过时准确率 100%，2-3 人并排通过时准确率 96.5%，日累计误差≤3%。
响应速度：从人数超限到报警触发的延迟≤3s，数据上传至平台的延迟≤2s。
稳定性：连续运行 72 小时，无死机或数据丢失，低温（-5℃）与高温（40℃）环境下工作正常。
功耗：单节点待机功耗≤5W，主控单元工作功耗≤20W，符合低功耗设计。

六、结语

基于 STM32 的景区人流检测控制系统通过多技术融合实现了高精度人流统计与智能预警，前端节点的分布式设计适合景区多区域监测，中央控制单元的联动功能提升了管理效率。系统可无缝接入景区智慧管理平台，为客流调度、安全防控提供数据支持。
后续可扩展功能包括视频联动（报警时自动调取对应区域监控）、客流预测（基于历史数据的 AI 算法）、应急疏导路径规划等，通过软硬件升级进一步提升系统的智能化水平，助力景区实现精细化管理。

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