CN103323833A - 一种精确检测移动物体的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种精确检测移动物体的控制系统，包括移动物体信号采集模块、信号整合模块、单片机和上位设备，所述移动物体信号采集模块通过现场监测设备采集移动物体的信号，并将采集的信号传输给信号整合模块，信号整合模块通过信号处理电路对接收的信号进行整合并转换能被单片机识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机，单片机将接收的信号通过通讯电路传输给上位设备进行相应的分析处理；所述现场监测设备为微波测量设备和红外线探测设备中的一种或者两种。本发明一种精确检测移动物体的控制系统，不仅能提高应用环境，还能提高检测精度。

Description

一种精确检测移动物体的控制系统

技术领域

本发明涉及移动物体检测领域，具体为一种精确检测移动物体的控制系统。

背景技术

目前对移动物体的检测一般采用GPS定位系统、雷达探测技术和红外检测技术这三种方式来对移动物体进行检测。其中，GPS定位系统是在移动物体内置GPS芯片，通过GPS卫星定位系统对物体位置进行全球定位，并采集数据，同时将数据通过卫星微波信号传递给信息中心的方式来检测移动物体，导致GPS的定位系统精度较低并且在无线信号不能穿透下无法检测到移动物体的信息；雷达探测技术是利用电磁波反射侦测一定范围内的物体，并将采集数据发送控制中心，由控制中心将数据分发到各数据使用点来检测移动物体，导致雷达探测技术在狭窄和多障碍物的环境下无法检测到移动物体的信息；而红外检测技术通过红外控测器来检测移动物体的信息，但现有的各类红外探测器间没有统一的数据接口，无法将检测信号传递给上位设备。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种精确检测移动物体的控制系统，在扩大检测移动物体的应用环境的同时提高对移动物体的检测精度。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，一种精确检测移动物体的控制系统，包括移动物体信号采集模块、信号整合模块、单片机和上位设备，所述移动物体信号采集模块通过现场监测设备采集移动物体的信号，并将采集的信号传输给信号整合模块，信号整合模块通过信号处理电路对接收的信号进行整合并转换成能被单片机识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机，单片机将接收的信号通过通讯电路传输给上位设备进行相应的分析处理；所述现场监测设备为微波测量设备和红外线探测设备中的一种或者两种。

所述移动物体信号采集模块通过将现场监测设备与继电器相连，将采集的信号经现场监测设备的内部电路处理，引起继电器的跳变的方式来采集移动物体信号的。

所述移动物体信号采集模块采集的信号为开关量信号，用于提高采集信号的准确性和抗干扰性能。

所述信号处理电路是采用电压比较器，将移动物体信号采集模块采集的开关信号量与基准电压比较，使采集的开关信号量转换成能被单片机识别信号的方式来整合信号的。

所述信号处理电路是采用电阻分压，将移动物体信号采集模块采集的开关信号量与若干个电阻相连，使输出电压转换成单片机能够识别的电平值的方式来整合信号的。

所述信号处理电路是采用三极管控制，根据输入的移动物体信号采集模块采集的开关信号量的不同来控制三极管的断开和导通，使输出的电压转换成能被单片机识别的信号的方式来整合信号的。

所述单片机根据实际情况的不同自定义的统一数据格式对传递过来的数据进行编码，并将统一编码后的数据传输给上位设备。

所述上位设备与单片机采用相同的编码格式，用于上位设备将接收到的单片机传递数据进行译码。

所述能讯电路包括串口通讯电路和USB通讯模块电路，为单片机和上位设备之间提供通信。

所述上位设备包括计算机和具有软件再植入的数字信号处理设备，用于将接收的单片机的数据进行分析和处理。

与现有技术相比，本发明提供的精确检测移动物体的控制系统，通过现场监测设备与现场监测设备连接的继电器将采集的移动物体的信号转换成开关量信号，然后再将开关量信号经信号处理电路进行整合，使开关量信号转换成能被单片机识别的信号，并整合后的信号传输给单片机，单片机最后将接收的信号通过通讯电路传输给上位设备进行相应的分析处理，得到移动物体的各项数据；而且现场监测设备为能在各种环境下检测移动物体信号的微波测量设备和红外线探测设备。如此，通过使用现场监测设备能在狭窄和多障碍物的环境下同样对移动物体进行检测，并且解决了检测信号与上位设备的兼容问题，使检测信号能够被上位设备识别，提高检测移动物体的精度。此外，本发明提供的精确检测移动物体的控制系统还能降低成本。

附图说明

图1为本发明精确检测移动物体的控制系统的结构示意图。

图2为本发明精确检测移动物体的控制系统中红外探测设备的主动探测示意图。

图3为本发明精确检测移动物体的控制系统中红外探测设备的探测原理图。

图4为本发明精确检测移动物体的控制系统中电压比较器的结构示意图。

图5为本发明精确检测移动物体的控制系统的电路结构图。

图6为本发明精确检测移动物体的控制系统的电路原理图。

图7为本发明精确检测移动物体的控制系统中MCU的工作过程图。

图8为本发明精确检测移动物体的控制系统中电阻分压的结构示意图。

图9为本发明精确检测移动物体的控制系统中三极管通断控制的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具本实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

参见图1，本发明精确检测移动物体的控制系统包括移动物体信号采集模块、信号整合模块、单片机和上位设备，所述移动物体信号采集模块通过现场监测设备采集移动物体的信号，并将采集的信号传输给信号整合模块，信号整合模块通过信号处理电路对接收的信号进行整合并转换成能被单片机识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机，单片机将接收的信号通过通讯电路传输给上位设备进行相应的分析处理。

所述上位设备包括普通的计算机或者具有软件再植入的数字信号处理设备，方便与单片机进行数据交换，并能对单片机传输给上位设备的数据进行快速的计算，及时获取计算的结果。

参见图2，所述现场监测设备为红外线探测设备，通过红外线探测器采用红外对射探测来监测移动物体。红外线探测器包括一个发射器和接收器，采用红外射束切断探测，将发射器发送的光束通过接收器进行接收。本发明的红外线探测设备还可接入红外光栅、被动式红外控测等信号输入。

所述移动物体信号采集模块将红外线探测设备与继电器相连，通过红外线探测设备采集移动物体的信号，并利用红外线探测设备的内部电路对采集的信号进行处理，促使继电器进行跳变，将继电器跳变的情况传递给信号整合模块。

参见图3，根据实际情况将红外线探测器的发射器和接收器分别安装好，由于红外穿透力差，红外辐射容易被遮挡，不易被接收器接收，从而需要促使发射器发出的光束能够不受阻碍的传输给接收器，导致接收器能够顺利的接收到发射器发出光束。当被测物体通过阻挡光束时，接收器不能顺利接收光束，通过红外线探测器的内部电路处理，引起与红外线探测器连接的继电器跳变，引起信号变化并将变化数据传递给信号整合模块中。

红外线探测器最高精度为50ms，即光束被切断50ms以上就会被红外对射探测器探测到，具体的移动速度根据被测物体的具体大小情况来进行核算。例如，一个长宽高均为1m的正方体物体，在移动速度不超过20m/s的情况下均能被探测到是否通过。而现有GPS商用最高定位精度为10米，远远低于红外线探测器的探测精度。

所述继电器是一种基本的电气设备，它用来打开或关闭一定数量互相独立的电路。这种操作是利用由电压控制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的。当输入量(电、磁、声、光、热)达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。继电器输出的信号只有两种状态，通过继电器辅助开关的分合状态表示。如此，继电器将接收的信号自动转换成开关量信号。另外，开关量信号的变化不是连续的，即跳跃变化，相对于模拟信号它能有效提高信号的抗干扰能力。

所述信号整合模块接收到继电器发送的开关量信号，信号整合模块内设有信号处理电路，开关量信号进入信号处理电路后，信号处理电路将电平信号处理成能够直接被单片机识别的信号，传递给单片机。

参见图4，所述信号处理电路采用电压比较器，将-V作为基准电压(referencevoltage)，设定为+5V，+V端连接外部输入的开关量信号，当+V大于-V的时候，输出端V0将会输出VCC，反之则输出0V。只要根据不同设备采集的信号，对-V和VCC大小进行灵活设定就能完成信号的整合，并促使采集的开关量信号转换成单片机能够识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。所以单片机能够很好的和上位设备进行数据交换，单片机根据不同的应用场景自定义的统一数据格式对传递过来的数据进行数据编码，并进行电平转化，通过通讯电路将统一编码后的数据传输给上位设备。所述通讯电路包括串口通讯电路或者USB通讯模块电路，方便上位设备与单片机之间的数据交换。

上位设备与单片机采用相同的编码格式，方便上位设备将接收到的单片机传递数据进行译码，并对译码后的数据进行相应的计算获取被检测的移动物体的具体情况。

参见图5，下面叙述本发明精确检测移动物体的控制系统的电路结构图，详细说明本系统的各设备的电路连接情况，具体如下：

用于采集被测物体的信号的红外探测设备连接在继电器的一端，继电器的另一端连接到信号处理电路，信号处理电路的另一端与MCU(单片机)相连，单片机通过串口通讯电路或者USB通讯模块电路连接到上位设备。

参见图6，下面叙述本发明精确检测移动物体的控制系统的电路原理图，通过电路的传输来实现信号的整合，具体如下：

红外探测设备将采集被测物体的信号，并将采集的信号通过红外探测设备内部电路处理，引起继电器跳变，继电器自动将采集的信号转换成开关量信号并传输给信号处理电路。AC-DC电源适配器包括AC-DC适配器和电源模块，通过AC-DC适配器交流市电转换成需要的交流电压，并通过整流电路和滤波电路得到波形比较平顺的直流电压，然后通过电源模块将直流电压为信号处理电路、MUCD电路和串口/USB通讯进行供电。信号处理电路采用电压比较器，通过把采集的开关信号量与基准电压比较，使采集的开关信号量转换成能被单片机识别信号，并将转换后的信号传输给MCU，MCU根据实际情况对接收到的数据进行统一编码，通过串口通讯电路或者USB通讯模块电路将统一编码后的数据传递到上位设备，上位设备与MCU采用相同的编码格式，对接收的数据进行译码，然后进行计算获取被测物体的各项参数。

参见图7，下面叙述本发明精确检测移动物体的控制系统中MCU的工作流程图，具体如下：

S101、初始化MCU：

当启动红外探测设备进行探测时，MCU将清除遗留的数据进行初始化，以确保MCU能够准确识别接收的信号。

S102、初始化MCU引脚状态：

在MCU进行初始化之后，继续对MCU引脚状态进行初始化，进一步提高接收信号的准确率。

S103、发送初始化状态并预设指令：

MCU对引脚状态初始化完成之后，将发送信息到红外探测设备，并使红外探测设备运行，并对MCU的指令进行预先设置。

S104、判断MCU引脚状态：

信号处理电路通过将接收的继电器的开关量信号进行转换成能被MCU识别的信号，并将转换信号传输到MCU，MCU根据接收的信号来对MCU引脚状态进行检测，判断MCU引脚状态是否发生了改变。

S105、MCU不做任何动作：

若MCU引脚状态没有发生改变，则MCU不进行任何动作。

S106、发送预设指令：

若MCU引脚状态发生改变，MCU将发送预设指令，并将该预设指令传输到上位设备。

S107、存储MCU当前引脚状态：

不管MCU引脚状态是否发生改变，都对MCU当前引脚状态进行存储，以便进行查询和比对。

从上述MCU的工作流程图可以看出，MCU初始化引脚状态之后将会循环检测引脚状态并与之前的状态进行对比，如果状态发生改变，则发送预定的指令给上位设备，反之则无动作，继续进行检测。如此，可以实时检测到被测物体的移动数据，并通过上位设备计算出被测物体的参数。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述现场监测设备为微波探测设备和所述信号处理电路采用电阻分压方式来实现将采集的信号转换成MCU能够识别的信号。

所述微波探测设备发出的微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，同样通过继电器将采集的信号转换成开关量。

参见图8，所述信号处理电路使用两个分压电阻R1和R2，Uin和Uout分别代表输入电压和输出电压，限流电阻R3。Uout＝Uin*R1/(R1+R2)，通过电阻分压，将Uout变换成MCU能够识别的电平值。MCU根据不同的应用场景自定义的统一数据格式对传递过来的数据进行数据编码，经过通讯模块进行电平转化，由通讯模块将按照通讯模块的电气特性传递给上位设备，上位设备对该数据进行译码。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述现场监测设备为微波探测设备和所述信号处理电路采用三极管通断控制来实现将采集的信号转换成MCU能够识别的信号。

所述微波探测设备发出的微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，同样通过继电器将采集的信号转换成开关量。

参见图9，所述三极管控制通断的方式分为NPN型三极管和PNP型三极管来对采集的信号进行整合，转换成能被MCU识别的信号。所述三极管通断控制将Vin表示输入电压信号，Vout表示输出电压信号。根据Vin变化，三极管将会断开或者导通C级和E级，从而导致Vout在0V和VCC之间变化，从而被MCU识别出来。MCU根据不同的应用场景自定义的统一数据格式对传递过来的数据进行数据编码，经过通讯模块进行电平转化，由通讯模块将按照通讯模块的电气特性传递给上位设备，上位设备对该数据进行译码。

综上所述，本发明精确检测移动物体的控制系统，通过使用现场监测设备包括微波测量设备和红外线探测设备中的一种或者两种设备来采集移动物体的信号，而现场监测设备与继电器相连，采集的信号通过现场监测设备的内部电路处理，引起继电器跳变，将采集的信号转换成开关量信号，然后再将开关量信号经信号处理电路进行整合，使开关量信号转换成能被单片机识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机，实现了采集信号之间的统一。另外，单片机采用统一的数据格式对接收的数据进行编码，然后将数据传输给上位设备进行分析处理，上位设备与单片机采用相同的编码格式，以便减少译码的时间。针对同一种应用采用统一的数据格式，以确保不同的数据采集模块最终传递给上位设备的数据是统一的，而不需要改变上位设备的硬件或者软件系统。上位设备根据通讯协议对从串口或者USB获取的资料进行解析，并根据各类检测状态进行实时的控制。如此，现场监测设备在狭窄和多障碍物的环境下同样对移动物体进行检测，并且通过信号处理电路完成检测信号的整合与上位设备的兼容问题，这样不仅促使本系统的应用环境更广，还能提高检测精度，而且与现有技术相比，还能降低成本。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种精确检测移动物体的控制系统，包括移动物体信号采集模块、信号整合模块、单片机和上位设备，其特征在于，所述移动物体信号采集模块通过现场监测设备采集移动物体的信号，并将采集的信号传输给信号整合模块，信号整合模块通过信号处理电路对接收的信号进行整合并转换成能被单片机识别的信号，并将整合后的信号传输给单片机，单片机将接收的信号通过通讯电路传输给上位设备进行相应的分析处理；所述现场监测设备为微波测量设备和红外线探测设备中的一种或者两种。

2.如权利要求1所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述移动物体信号采集模块通过将现场监测设备与继电器相连，将采集的信号经现场监测设备的内部电路处理，引起继电器的跳变的方式来采集移动物体信号的。

3.如权利要求1所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述移动物体信号采集模块采集的信号为开关量信号，用于提高采集信号的准确性和抗干扰性能。

4.如权利要求3所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述信号处理电路是采用电压比较器，将移动物体信号采集模块采集的开关信号量与基准电压比较，使采集的开关信号量转换成能被单片机识别信号的方式来整合信号的。

5.如权利要求3所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述信号处理电路是采用电阻分压，将移动物体信号采集模块采集的开关信号量与若干个电阻相连，使输出电压转换成单片机能够识别的电平值的方式来整合信号的。

6.如权利要求3所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述信号处理电路是采用三极管控制，根据输入的移动物体信号采集模块采集的开关信号量的不同来控制三极管的断开和导通，使输出的电压转换成能被单片机识别的信号的方式来整合信号的。

7.如权利要求1所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述单片机根据实际情况的不同自定义的统一数据格式对传递过来的数据进行编码，并将统一编码后的数据传输给上位设备。

8.如权利要求1所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述上位设备与单片机采用相同的编码格式，用于上位设备将接收到的单片机传递数据进行译码。

9.如权利要求1所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述通讯电路包括串口通讯电路和USB通讯模块电路，为单片机和上位设备之间提供通信。

10.如权利要求1-9所述的精确检测移动物体的控制系统，其特征在于，所述上位设备包括计算机和具有软件再植入的数字信号处理设备，用于将接收的单片机的数据进行分析和处理。

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