智慧场馆 · 行空板：自动人流调控与环境监测系统

【视频演示】

【项目背景】

每到节假日，各大旅游景点便人潮涌动，这一盛况随之而来的是一系列挑战与隐患，尤为突出的是那些封闭性较强的场馆。这些场馆出于安全考量、文物保护及游客体验等多重因素，往往需要严格限制人流量，以避免过度拥挤。然而，人数的密集往往导致室内空气流通不畅，环境质量下降，给游客带来不适。

为了有效应对这些难题，许多场馆在入口处设置了专门的岗亭或检查站，配备工作人员负责根据场馆内部的实际状况调控人流。这些工作人员依据内部监控人员或现场管理人员的实时反馈，灵活决定何时放行新一批游客，一旦内部发现安全隐患或达到最大承载量，便立即采取措施，通过明确的指示或广播系统阻止外部游客继续进入，确保每一位在场者的安全与舒适。

此外，传统的人工方式统计全天的参观总人数不仅耗时费力，还容易出错，难以满足高效管理的需求。鉴于这些问题，我们萌生了开发智慧场馆系统的想法。该系统旨在通过集成先进的门禁管理、环境监测、数据分析与智能预警等功能，实现人流的精准调控、室内环境的动态优化以及参观数据的自动化统计，从而全面提升场馆的运营效率与游客体验。智慧场馆不仅能够实时显示当前人流密度，预警潜在的安全隐患，还能自动化记录并分析游客流量，为场馆的长期规划与管理提供科学依据，真正实现了从“人管”到“智管”的跨越。

【功能介绍】

1、自动开关道闸：当有人靠近出入口（通过红外避障传感器检测）时，舵机驱动道闸自动开启，允许人员进入或离开，人员完全通过后（通过红外避障传感器检测），舵机关闭道闸。

2、人数统计与限制：系统内置计数器，自动统计进入和离开的人数，从而得出当前场内剩余的参观人数，当进入人数达到预设的最大值时，屏幕显示相关信息并发出报警声，同时道闸锁定，不再允许新的游客进入。

3、空气质量监测与报警：配备空气质量传感器（可检测场内空气的TVOC、eCO2、AQI的数据），实时监测场馆内的空气质量并在显示屏上显示出来。当空气质量低于预设标准时，系统自动触发报警，并提示管理人员采取相应措施。

4、背景音乐控制：系统集成背景音乐播放功能，可根据需要播放轻松愉悦的音乐，营造舒适的参观环境，可通过A键和B键来控制背景音乐的播放与停止。

【硬件清单】

序号	硬件	数量
1	行空板	1
2	空气质量传感器	1
3	红外避障模块	2
4	舵机	2
5	USB喇叭	1
6	结构件等	1

【设计制作】

1、外观结构设计与切割

外观结构的材料采用3MM的椴木板，根据硬件组装的需求及作品外观的设想，先利用LaserMaker软件在电脑上设计出其外壳图纸，再用激光切割机切割出来。外观结构设计图如图1所示：

图1 外观结构设计图

2、把USB喇叭安装在相应位置，如图2所示：

图2 安装USB喇叭

3、把红外避障传感器和舵机分别安装在前后面板的相应位置。如图3所示：

图3 安装红外避障传感器和舵机

4、把空气质量传感器和行空板分别安装在前面板相应的位置上。如图4所示：

图4 安装空气质量传感器和行空板

5、把四边侧面板及底板组装在一起。如图5所示：

图5 组装各面板

6、把各个传感器按照接线图所示与行空板连接好。如图7所示：

图6 线路连接

7、把舵机摇臂安装在出入口的摇杆上，并用螺丝固定。如图7所示：

图7 安装道闸杆

8、最后再把出入口道闸杆安装在出入口的舵机上，这样整个结构就组装完成了。如图8所示：

图8 安装出入口道闸杆

【程序编写】

1、程序的编写软件是Mind+，打开Mind+软件，切换到Python模式并选择图形化编程模式。如图9所示：

图9 切换到Python模式及图形化编程模式

2、作品使用的主控板是行空板，传感器执行器有红外避障模块、舵机、空气质量传感器等，我们先选择相应的主控板和传感器、执行器。点击左下角的“扩展”，在弹出窗口的“官方库”中选择“行空板”，在“pinpong库”中选择“pinpong初始化”、“舵机”以及“ENS160空气质量传感器”，最后点击“返回”回到编程界面。如图10、图11、图12、所示：

图10 添加“扩展”

图11 添加“行空板”

图12 添加“pinpong初始化”、“舵机”和“ENS160空气质量传感器”

3、连接“行空板”并加载背景图片和背景音乐。首先，通过USB连接线将行空板连接到计算机，等待并确认行空板处于连接且开机状态；再选择菜单栏中的“连接远程终端”下拉菜单中的“10.1.2.3”连接行空板，其中“10.1.2.3”为USB直连时的固定IP地址，连接成功后会弹出提示，终端会显示行空板即表示连接成功，并检测行空板上的依赖库版本，等待检测完成即可；在Mind+的“快捷工具区”点击“文件系统”打开文件目录，再把准备好的背景图片和背景音乐拖动到右侧的“项目中的文件”里。如图13、图14所示：

图13 连接行空板

图14 将图片和音频加载进项目

4、传感器及变量初始化设置。把pinpong初始化拖到主程序开始下面，板型选择“行空板”：把空气质量传感器的初始化积木块添加上，地址用默认的0X52，这里的地址要与传感器的地址一样，所以传感器的地址开关也要拨动到0X52位置；接着初始化两个舵机的引脚分别p21和p23，初始转动角度为36度和118度，这里的角度根据实现情况来设置；再建两个变量“剩余人数”和“总人数”并赋值为5和0。如图15所示：

图15 传感器及变量初始化设置

5、背景音乐的播放与停止。按键操作指令在“行空板”分类下的“鼠标键盘事件”中，拖出“当行空板按键A被按下”和“当行空板按键B被按下”两上积木块。再在“行空板”分类下的“音频录放”中，拖出“开始后台播放音频文件”和“结束后台播放”两上积木块，分别放在“当行空板按键A被按下”和“当行空板按键B被按下”下面，其中“开始后台播放音频文件”中的文件名改为“背景音乐.MP3”，这里的文件名要与上传到项目中文件的名称对应起来。如图16所示：

注意：在行空板屏幕正对你时，行空板A/B键位于行空板左侧，上为A键，下为B键。

图16 背景音乐的播放与停止

6、背景及文字的初始化设置。开机运行时除了一些传感器的初始化外，我们还要设置屏幕上显示的背景图及项数据，在“行空板”分类下的“屏幕显示”中的显示图片和显示文字对象可以实现显示的内容及显示的位置，后面可以通过“更新对象”来改变内容、位置及颜色等，具体程序如下如图17所示。

图17 背景及文字的初始化设置

8、程序的运行调试。检查并保证行空板已连接Mind+，即在“菜单栏”部分显示IP，再点击界面右上方的运行按钮，等上传成功后就可以观察行空板屏幕显示效果，舵机的转动角度以及通过按行空板上的A、B键来测试背景音乐的播放与停止。以后有关程序的增加和修改都可以通过这个方法来进行测试。如图18所示：

图18 程序的运行调试

9、入口道闸的开关及人数统计。当入口处接在P22引脚上红外避障传感器检测到有人时，要先判断场馆内还可参观的人数也就是剩余的人数，当可剩余人数大于0时，表示还可继续进入参观，这时接在P21引脚上的舵机servo1控制道闸打开，直到人进入后舵机控制道闸关闭，这时变量“剩余人数”就会减小1人，而参观“总人数”则是增加1人，最后再通过更新“剩余人数对象”和“总人数对象”的内容使它显示在屏幕上相应的位置。如图19所示：

图19 入口道闸的开关及人数统计

10、出口道闸的开关及人数统计。出口道闸的开关及人数统计和程序基本上与入口一样，检测人要出去的是接在P24引脚上的红外避障传感器，控制道闸开关的是舵机servo2及转动相应的角度，出去1人后“剩余人数”要增加1人，而总人数与它没有关系。最后出入口道闸的开关与人数统计要不断重复检测运行的，所以在外面还要套一个循环执行的积木块。如图20所示：

图20 出口道闸的开关及人数统计

11、空气质量检测及相关数据显示。我们通过定义一个“信息显示”函数来实现空气质量检测及相关数据的显示，首先通过更新“TVOC浓度”、“空气质量指数”、“CO2浓度”三个对象的内容把获取到的相应值显示在屏幕的相应位置；接着通过对获取到数据的值进行级别划分，也通过更新对象的内容实现级别的显示。如图21所示：

图21 空气质量检测及相关数据显示

12、空气质量报警及人满报警。同样我们也可以通过定义一个“报警”函数来实现空气质量报警及人满报警功能，当空气质量传感器检测到的三个指标中只要一个不达标或者剩余人数为0时就让蜂鸣器发出报警声音并屏幕上显示相关信息。具体程序如图22所示：

图22 空气质量报警及人满报警

13、最后把“信息显示”和“报警”两个函数也拖动到重复执行里，这样整个程序就完成了。完如图23所示：

图23 智慧场馆完整程序

【作品美化完善】

智慧场馆作品在完成其核心功能设计与构建之后，为了进一步提升其整体观感和用户体验，我们可以对这个作品进行全面的美化完善工作。这包括但不限于对场馆的外观进行艺术化设计，使其更加符合现代审美；对内部布局进行优化调整，确保既实用又美观；同时，还可以考虑采用更加人性化的色彩搭配和灯光效果，营造出温馨而舒适的参观氛围。通过这些细致入微的美化措施，我们的智慧场馆不仅将成为一个功能强大的智能化场所，更将成为一个令人流连忘返的、充满艺术气息的现代地标。以下图例只是对作品进行了一些简单的美化。

【结语】

由于当前行空板的接口资源有限，我们仅实现了这几个基础功能。然而，值得展望的是，若能进一步引入扩展板以及其他相关的传感器设备，这个智慧场馆的功能将会得到极大的拓展与增强。例如，增加火焰传感器，实时检测当前环境有没有火焰，从而实现火灾的即时检测与预警，增加温湿度传感器实时对环境中的温湿度进行精准的自动控制等，从而全面提升场馆的安全性与舒适度。

作者其它帖子