CN102037204B - 门区保护 - Google Patents
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Abstract
一种用于探测门口附近的区域中的对象(20)的设备包括安装到门口附近的多个换能器US1、US2和和处理器(40)。换能器中的至少一个US1定位成将信号反复传送到门口附近的区域。换能器中的至少两个US1、US2定位成反复接收返回信号R1、R2。处理器(40)在操作上连接到多个换能器，它们用于在门口附近的区域中通过确定对象(20)的下列方面来探测对象：基于从信号的传送与对应返回信号的接收之间的时间所得出的一个或多个所确定距离d1、d2的位置；和/或基于信号的传送以及对应返回信号的接收中的多普勒频移的移动。
Description
技术领域
本发明涉及监测电梯门以及进入和外出的其它入口(portal)。更具体来说，本发明涉及用于监测门以便确保通过门进入和离开的人的安全性的设备和方法。
背景技术
用于监测电梯门等的当前方法是使用在门口(doorway)提供光线幕帘的已知为发光二极管(LED)装置的二维(2D)阵列。当人或物体横穿光线幕帘时，定位成接收来自LED的光线的光电探测器感测光线幕帘的中断，并且该装置触发门开启。这种方法的问题在于，它没有提供关于将要发生的情况的任何信息，因为它在任何时间只能确定门口正发生的情况。美国专利No.6344642示出一种形式的2D门控。
已经提出的一种解决方案是使用附加的一组LED装置，它们从电梯门向外倾斜朝向大厅区域设置。LED装置设置成使得光线从某物弹回，并且由一组光电探测器接收。如果光电探测器探测到反射，则系统确定某物正朝向门口走去，并且开启门。
这种解决方案的问题在于，光线将从无生命物体或人反射，从而生成错误的正值或触发。这些错误触发可使系统将门完全开启，并且然后在门开始关闭时发送新的信号，因为没人通过门进入。同样的无生命物体可能多次引起错误触发。电梯编程为当门重新开启超过预定次数时停机。这要求由机修工进行服务呼叫，并且当然不仅使电梯暂时停止使用，而且增加维护费用。
根据以上所述，本发明旨在解决会影响常规电梯门的上述问题的一个或多个。
发明内容
本发明的一个实施例针对一种用于探测门口附近的区域中的对象的设备。这个设备包括安装在门口附近的多个换能器和处理器以及其它可能的装置。换能器中的至少一个定位成将信号反复传送到门口附近的区域。换能器中的至少两个定位成反复接收返回信号。处理器在操作上连接到多个换能器，用于在门口附近的区域中通过确定对象的下列方面来探测对象：基于从信号的传送与对应返回信号的接收之间的时间所得出的一个或多个所确定距离的对象位置；和/或基于信号的传送以及对应返回信号的接收中的多普勒频移(Doppler shift)的对象移动。
本发明的另一个实施例针对一种用于控制电梯门的操作的设备。这个设备包括多个换能器、处理器和门控制器以及其它可能的装置。多个换能器安装在电梯门口附近，用于将信号反复传送到邻近电梯门口的区域，并且接收对应的返回信号。处理器用于在邻近电梯门口的区域中通过确定对象的下列方面来探测对象：基于从信号的传送与对应返回信号的接收之间的时间所得出的一个或多个所确定距离的对象的位置；和/或基于信号的传送以及对应返回信号的接收中的多普勒频移的对象移动。处理器配置成根据对象的所确定位置和/或移动来产生输出。门控制器用于按照处理器的输出的函数来控制电梯门的操作。
本发明的另一个实施例针对一种用于探测邻近门口的区域中的对象的方法。这种方法除了其它可能的步骤之中还包括：提供安装在门口附近的多个换能器；激活换能器中的至少一个以便将信号传送到邻近门口的区域；在传送换能器和/或在多个换能器中的其它换能器中的一个或多个处接收返回信号；根据传送换能器传送信号与那个传送换能器和/或多个换能器中的其它换能器中的一个或多个接收返回信号之间的时间来得出各接收换能器的所确定距离；以及根据所确定距离中的至少一个来探测对象。
要理解，以上的一般描述和以下的具体实施方式只是示范和说明性的，而不是对权利要求保护的本发明的限制。
附图说明
通过以下描述、所附权利要求和附图所示的所附示范实施例，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得显而易见，下面简要描述附图。
图1是本发明的一个实施例的示意图，示出探测个体朝电梯门走近的多个换能器。
图2是示出图1所示的本发明的实施例的操作的框图。
图3是本发明的另一个实施例的示意图，示出用于确定3D图像探测的一组附加换能器。
具体实施方式
在附图中尽量通篇将相同或相似的参考标号用于相同或相似的部件。
在本申请中，术语‘换能器’通常通篇用于表示包括发射器和接收器的信号装置。但是，当然，单独的发射器和接收器可组对以实现相同的技术结果，并且因此，术语‘换能器’将解释为涵盖包含发射器和接收器的单个装置以及单独的发射器和接收器对。
图1中，四个换能器US1、US2、US3和US4定位在电梯门口10周围。换能器US1-US4在以下描述的实施例中是超声换能器，但是当然可能是其它类型的信号换能器(例如微波、红外线等)，它们可安装在门口10的门框12之上或附近或者安装在门14上。换能器US1-US4相互间隔开，并且各定向成从门口10向门口10前面的走廊或大厅区域向外传送超声信号(又称作脉冲)。取决于电梯大小和邻近大厅的面积，更多或更少换能器可传送信号，以便确保纵览到整个感兴趣区域。
关于门口和换能器附近的大的大厅或区域的设施中，截距(cut-off distance)可结合到处理器中，使得系统不响应太远而不需要的移动。例如，在所设置截距处或者超出所设置截距而离开的对象可能不是感兴趣的。这个变量是硬件或软件可调的，取决于大厅的大小、流量和其它因素。对于在截距处或者超出截距的这类对象，由这类对象反射的信号可作为不相干量而被放弃。这类远处对象的距离由信号所历经的传播时间来确定。
各超声换能器USi(其中，在图1所示的示例中，i＝1，2，3，4)从测量时间直至接收到返回脉冲之间，在时间ti发送采取锥形射束Bi的形式的声脉冲，可确定到最接近对象20的距离(di，i＝1，2，3，4)。这种对象可以是例如一个或多个人、动物、婴孩车、行李或其它物体。各超声换能器USi在某个时间周期、如每p毫秒定期重复进行这个过程。数量p可取决于门的尺寸、大厅的大小、所需的探测距离能力，并且还可考虑声音的速度。从时间周期ti、ti+p、ti+2p、...中的距离测量di，能够确定对象在电梯门口10前面正移动的速度和方向。
当多个门口配备有本发明时，例如当多个电梯门相互毗连或者在彼此对面时，特定频率或频率组可由各门口使用，以便消除多个门口的串扰。换言之，各门口将发射和接收特定频率或频率组，使得如果接收到另一个频率(或者不在特定门口的频率集合中的频率)，则这种频率可作为属于另一个门口所发射的信号而被放弃。
为了要避免无法确定对象所反射的声音的起源的情况，可使用时分复用。即，如果若干换能器同时将超声脉冲发送到对象，并且然后这些换能器接收又从对象所反射的返回脉冲，则个体换能器无法确定返回脉冲是始发于那个换能器还是另一个换能器。通过时分复用，各换能器在与其它换能器不同的时间周期(又称作时间间隔)中发送其超声脉冲。间隔足够长到允许超声脉冲在序列中的下一个换能器被激活之前被传送并且返回脉冲被接收。备选地，换能器USi可在不同超声频率进行传送(即，频率复用)，在这种情况下，它们可同时或者在重叠时间周期中进行工作。
还预想到了各换能器可在它自己唯一的频率进行传送，而在所有频率接收反射脉冲。这准许使用每个标识频率的两倍信息，并且使系统能够使用两个换能器，其中的每个处理它自己唯一的频率以及另一个换能器的唯一频率。这个实施例通过下列步骤进行工作：依次从所选的各发射器进行传送，并且使部分或全部接收器监听信号。
图1示出一个示例，其中一人20正在门口10前面的大厅区域中站立或移动。由换能器US1和US2分别传送的射束B1和B2如图1所示。射束B1和B2可连同来自US3和US4的射束(未示出)一起依次(使用时分复用)或同时(使用频率复用)来传送。
人20在射束B1的路径中的那些部分将超声能量反射到US1。由于人体20不是所有部分离换能器US1具有相同距离，所以飞行时间可基于返回脉冲前沿接收开始的时间(例如通过被最接近换能器的人体的部分所反射)、在稍后的时间(例如通过被离换能器最远的人体的部分所反射)或者在平均时间。无论如何，由飞行时间例如通过软件所确定的距离可用于构成人20的2D图像。
图1中，示出从US1到人20的探测距离d1。根据探测距离d1，可得出球面S1，其中将US1的位置作为球心以及d1作为其半径。
图1还示出来自US2的射束B2、对应的探测距离d2和球面S2。相似的探测距离和球面根据来自换能器US3和US4的超声脉冲射束的飞行时间来产生。
根据探测距离和大厅或走廊的标准布局的知识，可探测对象、如人20的存在。如果大厅通常没有位于由换能器USi的一个或多个所产生的距离di的对象，所以可假定门口10前面的对象的存在。
通过使用在来自相同换能器USi的超声脉冲的序列上所收集的探测距离di，可探测人20的运动。例如，如果离若干换能器USi的距离di随时间而减小，则这指示人20正朝门口10移动。相反，如果若干距离di随时间而增加，则指示人20正离开门口10。还能够根据某些探测距离正增加而同时其它探测距离正在减小来确定人20正路过门口10。
使用球面Si，能够确定人20的位置和移动。如果部分或全部球面相交，则相交的坐标提供人20在三维空间中的位置。那个位置随时间的变化可用于确定运动以及预测人20是否打算进入电梯。如果球面没有相交，但多个距离di指示探测到的存在，则这可解释为在走廊或大厅中有多个人。
图2是控制系统20的框图，它使用超声探测来控制图1的电梯门14的操作。控制系统30包括超声换能器US1-US4、发射器电路T1-T4、接收器电路R1-R4、处理器40和门控制器50。如图2所示，各超声换能器US1-US4分别具有关联的发射器电路T1-T4和关联的接收器电路R1-R4。
处理器40通过分别控制发射器T1-T4控制来自换能器US1、US2、US3和US4的超声脉冲生成的时间。当发射器(例如发射器T1)接收到来自处理器40的命令时，它生成一频率的电驱动信号，其将使换能器(例如US1)生成超声脉冲。当反射脉冲由关联接收器R1-R4(例如接收器R1)接收时，接收信号则被发送给处理器40。处理器40测量从超声信号由发射器T1-T4(例如发射器T1)最初发射的时间直到反射超声脉冲由关联接收器R1-R4(例如接收器R1)接收为止的飞行时间。根据从发射到接收的飞行时间，处理器40计算距离di。由探测距离，处理器40可使用三角测量来确定对象是否存在以及对象所在的位置。此外，通过探测对象的位置随时间的变化，处理器40可确定对象是正朝门方向移动还是离开门远去还是静止的。
结合接收脉冲的飞行时间，同一个信号可由处理器来处理以获得多普勒频移。这个多普勒处理可在飞行时间三角测量之前、之后或者与其同时发生，它提供朝向或者离开门口的方向以及对象的速度，但是不提供对象的位置(其使用飞行时间三角测量来确定)。由于多普勒频移处理和飞行时间三角测量处理的组合，可确定对象的位置、速度和方向的全部。
处理器40的输出是对门控制器50的输入，门控制器50操作电梯门14。例如，如果处理器40的输出指示对象正朝门14方向移动，则门控制器50可指示门14开启(或者保持开启)。类似地，如果探测对象正离开门14远去，则来自处理器40的输出可指示门控制器50继续关闭门14。
图3示出添加换能器US5和US6，它们与图1的换能器相似，但设置在不同平面中，并且传送射束B5和B6以确定感兴趣对象的深度或第三维度。这些换能器US5和US6可安装到大厅的墙壁、天花板或其它部分。处理器添加其数据，以便提供3D信息。
以上论述意在只是说明本发明，而不应当理解为将所附权利要求书限制在任何具体实施例或者实施例组。因此，虽然参照本发明的具体示范实施例具体详细地描述了本发明，但是还应当理解，可对其进行许多修改和变更，而没有背离以下权利要求书所提出的本发明的更广和指定范围。
相应地，说明书和附图将被看作是说明性的，而不是要限制所附权利要求书的范围。根据本发明的上述公开，本领域的技术人员会理解，在本发明的范围之内可存在其它实施例和修改。相应地，本领域的技术人员通过本发明的范围之内的本公开可得到的所有修改将作为本发明的其它实施例而被包含其中。本发明的范围如以下权利要求书所述来限定。
Claims (32)
1.一种用于探测邻近门口的区域中的对象的设备，所述设备包括：
安装在所述门口附近的多个换能器，其中所述换能器中的至少一个定位成将信号反复传送到邻近所述门口的区域，并且所述换能器中的至少两个反复接收来自各传送换能器的返回信号；以及
处理器，操作地连接到所述多个换能器，用于在邻近所述门口的区域中通过确定对象的位置和/或对象的移动来探测所述对象，
其中所述处理器被配置成测量信号的传送与对应返回信号的接收之间的飞行时间，基于对应的飞行时间计算对应的换能器到所述对象的对应的确定距离，利用对应的换能器位置作为球面中心和对应的确定距离作为半径得到对应的球面，并且通过确定对应的球面的部分或全部相交之处相交的坐标来确定对象的位置；
其中所述处理器被配置成基于信号的传送以及对应返回信号的接收中的多普勒频移来确定对象的移动。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个换能器包括三个或更多换能器。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个换能器中的每个配置成以各自唯一的频率传送信号，并且配置成接收基本上仅在其唯一频率的反射信号。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述唯一频率的每个是超声的。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个换能器中的每个配置成以各自唯一的频率传送信号，并且配置成接收所有频率的反射信号。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述唯一频率的每个是超声的。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个换能器中的每个配置成在各自唯一的时间周期中反复传送和接收信号。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述信号的每个是超声信号。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器提供用于控制与所述门口关联的门的操作的输出。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器配置成根据所确定距离中的至少一个随时间的变化来确定所述对象相对于邻近所述门口的区域的移动。
11.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器配置成根据所确定距离中的至少两个来确定所述对象在邻近所述门口的区域中的位置。
12.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器配置成处理所述信号的多普勒频移，以便提供所述对象的方向和速度。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述处理器配置成在处理信号的传送与返回信号的接收之间的时间之后来处理所述多普勒频移。
14.一种用于控制电梯门的操作的设备，所述设备包括：
多个换能器，安装在电梯门口附近，用于将信号反复传送到邻近所述电梯门口的区域，并且接收对应的返回信号；
处理器，用于在邻近所述电梯门口的区域中通过确定对象的位置和/或对象的移动来探测所述对象，
其中所述处理器被配置成测量所述信号的传送与对应返回信号的接收之间的飞行时间，基于对应的飞行时间计算对应的换能器到所述对象的对应的确定距离，利用对应的换能器位置作为球面中心和对应的确定距离作为半径得到对应的球面，并且通过确定对应的球面的部分或全部相交之处相交的坐标来确定对象的位置；
其中所述处理器被配置成基于信号的传送以及对应返回信号的接收中的多普勒频移来确定对象的移动；
其中所述处理器被配置成根据所述对象的所确定位置和/或移动来产生输出；
其中将截距结合进所述处理器并且被截距处或超出截距的对象反射的信号作为不相干量而被放弃；以及
门控制器，用于按照所述处理器的输出的函数来控制所述电梯门的操作。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述多个换能器包括三个或更多换能器。
16.如权利要求14所述的设备，其中，所述多个换能器中的每个配置成以各自唯一的频率传送信号。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述唯一频率的每个是超声的。
18.如权利要求14所述的设备，其中，所述多个换能器中的每个配置成在各自唯一的时间周期中传送和接收信号。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述信号的每个是超声信号。
20.如权利要求14所述的设备，其中，所述处理器配置成确定所述对象的移动方向。
21.如权利要求14所述的设备，其中，所述处理器配置成处理所述信号的多普勒频移，以便提供所述对象的方向和速度。
22.如权利要求21所述的设备，其中，所述处理器配置成在处理信号的传送与返回信号的接收之间的时间之后来处理所述多普勒频移。
23.一种用于探测门口附近的区域中的对象的方法，所述方法包括下列步骤：
提供安装在所述门口附近的多个换能器；
激活所述换能器中的至少一个，以便将信号传送到邻近所述门口的区域；
在传送换能器和/或在所述多个换能器中的其它换能器中的一个或多个处接收返回信号；
根据由传送换能器传送信号与由该传送换能器和/或由所述多个换能器中的其它换能器中的一个或多个接收返回信号之间的飞行时间，来得出对应的换能器到所述对象的对应的确定距离；
利用对应的换能器位置作为球面中心和对应的确定距离作为半径得到对应的球面；
通过确定对应的球面的部分或全部相交之处相交的坐标来确定对象的位置；以及
根据对象的位置来探测对象。
24.如权利要求23所述的方法，还包括：
根据至少一个所确定距离随时间的变化，来确定所述对象相对于邻近所述门口的区域的移动。
25.如权利要求23所述的方法，还包括：
根据所确定距离中的至少两个来确定所述对象的位置。
26.如权利要求23所述的方法，还包括：
根据探测到的对象的存在来控制与所述门口关联的门的操作。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述门是电梯门。
28.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个换能器包括三个或更多换能器。
29.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个换能器中的每个工作在不同的超声频率。
30.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个换能器中的每个在各自唯一的时间周期中传送和接收脉冲。
31.如权利要求23所述的方法，还包括以下步骤：
处理所述信号的多普勒频移，以便提供所述对象的方向和速度。
32.如权利要求31所述的方法，其中，处理所述信号的多普勒频移的步骤在根据由接收换能器中的每个传送与接收所述信号之间的时间来得出各接收换能器的所确定距离的步骤之后发生。
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