CN102565805A - 一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法 - Google Patents

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CN102565805A CN2011104406010A CN201110440601A CN102565805A CN 102565805 A CN102565805 A CN 102565805A CN 2011104406010 A CN2011104406010 A CN 2011104406010A CN 201110440601 A CN201110440601 A CN 201110440601A CN 102565805 A CN102565805 A CN 102565805A
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Abstract

本发明提供了一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法,所述的定位装置包括红外线光电开关、测距单元、线路板单元、语音提示单元和微处理器。使用宽束激光测距定位,实现了几十度宽的光束横向作用范围和高精度定位的统一。使用测距单元和微处理器组成智能系统,红外线光电开关启动发射器发射测距脉冲波进行测距,接收器接收到回波输送到微处理器计算出使用者的人体和发射器间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器中的标准距离值L进行比较,根据X-L>0,X-L<0,或X-L=0,语音提示使用,保证便溺能够全部在小便池中,实现了公厕卫生和文明,有巨大的经济和社会效益。

Description

一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法
背景技术
本发明涉及一种避免池外便溺的激光定位装置和定位方法,具体涉及一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法。
背景技术
目前全球的所有男厕小便池,无论是五星级的宾馆或机场,还是普通的公共场所,都没有解决男性小便时,很难避免总有少量的尿液,排到小便池外。带来了明显的三个问题:第一,尤其是公共场所的小便池,积少成多,很快就形成一片尿液,很难避免后面使用的人踩到前面使用的人排到外面的尿液,很不卫生,而且会使后面使用的人更容易把尿液排到小便池外面,加剧了排到小便池外面的尿液数量,恶性循环;第二,清洁工人不断地清洗,使用了大量的化学清洗剂和清水,既浪费人力,又浪费水资源,还有污染环境;第三使用中的解决方法有“不要便溺池外”等标语提示法,或者如图1所示的左脚右脚各有一个定位图,并在左脚右脚定位图处制造高出地面的平台,小便者站在平台上方便。但是,这种结构清扫有死角,费工费力,也不美观。
目前激光测距定位技术都是使用毫弧度或者是亚毫弧度的激光束,激光输出形状是圆形,缺点是激光横向可测量范围很窄,300毫米至500毫米距离上,光束横向可测量的范围不到10毫米。因此横向监测能力极差。
激光三角法定位技术遇到的也是同样的问题,同样是300毫米至500毫米距离上,光束横向可测量的范围不到10毫米。
若是必须监测很大的光束横向范围,就必须额外使用扫描机构,带来新的技术问题。(参考文献:1.范富明,程良伦,肖磊,激光三角测距法自动调焦模型的建立与分析[J],红外与激光工程,2011(10);2.王晓嘉,高隽,王磊,激光三角法综述[J],仪器仪表学报,2004(S2);3.陈锋,陈五一,陈志同,基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测[J],北京航空航天大学学报2011(10);4.罗志清,张惠荣,吴强,李琛,陈申,丁秀泉,王溪,机载LiDAR技术[J],国土资源信息化,2006(02);5.胡勇,王从军,韩明,黄树槐,基于计算机视觉的三维激光扫描测量系统[J],华中科技大学学报(自然科学版),2004(01);6.CN201020259827.1,一种线扫描激光雷达传感器:“激光雷达传感器包括有激光器LD、扫描电机、三角棱镜、接收传感器和微处理器”)
发明内容
为了解决已有技术存在的问题,本发明提供了。要解决的问题就是能够让小便者不便溺到池外,保证公厕的卫生和文明。
本发明提供的一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法。使用宽束激光测距定位,即实现了精密定位,又不使用扫描动机构,实现了几十度宽的光束横向作用范围和高精度定位的统一。图1所示的椭圆,是宽光束激光测距定位的等距轨迹。当激光发射器和激光接收器相距距离小于定位作用距离时,精度在毫米范围。
本发明提供的一种避免池外便溺的宽束激光定位装置包括红外线光电开关、测距单元、线路板单元、语音提示单元和微处理器;红外线光电开关与线路板单元连接,测距单元与微处理器和线路板单元分别连接,微处理器与语音提示单元和线路板单元分别连接,语音提示单元和线路板单元连接;
测距单元包括宽束激光发射器和宽束激光接收器;所述的宽束激光发射器包括柱面透镜,或者光栅,或者柱面透镜和球面透镜组合,宽束激光发射器能发出脉冲宽束激光;宽束激光接收器使用聚光透镜进行聚光;
线路板单元包括电压变换电路、微处理器周边电路和语音驱动电路;电压变换电路把市电交流220伏转换为直流15伏作为微处理器和语音提示单元、测距单元、红外线光电开关的电源;
微处理器存储有使用者位置的标准距离值L,标准距离值L是使用者的人体与小便池间的最佳的距离位置线至宽束激光发射器之间的距离,最佳的距离位置线由统计确定;微处理器还存储有运行和计算处理软件;所述的软件流程图如图3所示;
红外线光电开关感应到人体存在,启动测距单元和微处理器;测距单元的宽束激光发射器发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光进行测距,从宽束激光发射器发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体反射回来,宽束激光接收器接收到脉冲宽束激光回波并输送到微处理器,微处理器利用下面的距离公式进行计算和处理:
Figure BDA0000124766020000021
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000022
为脉冲宽束激光相变化值,是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000024
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体和宽束激光发射器间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器存储的标准距离值L进行比较:根据X-L>0,X-L<0,或X-L=0,微处理器向语音提示单元发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”、“请向后”或“请使用”的语音提示,提示使用者使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池中。
软件流程图3所示,对软件流程结合硬件说明如下:执行步骤10,开始,测距单元6、微处理器9开始工作;执行步骤11,微处理器9进行数据初始化;执行步骤12,红外线光电开关3监测有人吗?当使用者站到小便池前时,执行步骤13,启动测距单元6,测距单元6的宽束激光发射器4发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光进行测距;没有人时,执行步骤12;有人时,执行步骤14,使用者站位或移动;执行步骤15,宽束激光发射器4发射宽束激光信号;执行步骤16,宽束激光接收器5接收测距宽束激光信号;执行步骤17,宽束激光接收器5接收测距宽束激光信号传输给微处理器,微处理器9利用距离公式:
Figure BDA0000124766020000031
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000032
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000033
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000034
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体1和发射器4间的距离值,并把测得的距离值X与微处理器9存储有使用者位置标准距离值L进行比较;执行步骤18,是否X-L=0?执行步骤18a,否,X-L<0,扬声器发出“请向后”的语音提示;执行步骤18b,否,当X-L>0,扬声器发出“请向前”的语音提示;执行步骤19,是,X-L=0,声器发出“请使用”的语音提示;执行步骤20,结束。
一种避免池外便溺的宽束激光定位装置的定位方法,其步骤如下:
(1)当使用者站到小便池前时,红外线光电开关感应到人体存在,启动测距单元和微处理器;
(2)测距单元的宽束激光发射器发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光测距,从宽束激光发射器发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体反射回来,接收器接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器;微处理器存储有使用者位置的标准距离值L,标准距离值L是使用者的人体与小便池间的最佳的距离位置线至宽束激光发射器之间的距离,最佳的距离位置线由统计确定;微处理器利用下面的距离公式进行计算和处理:
Figure BDA0000124766020000035
进行计算和处理;式中,为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000037
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000038
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体和发射器4间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器存储的标准距离值L进行比较:当X-L>0,微处理器向语音提示单元发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”的语音提示,提示使用者向前移动;当X-L<0,微处理器向语音提示单元发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向后”的语音提示,提示使用者向后移动;当X-L=0,微处理器微处理器向语音提示单元发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请使用”的语音提示,提示使用者使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池子里面。
有益效果:本发明提供的一种避免池外便溺的宽束激光定位装置和定位方法,使用宽束激光测距定位,既实现了精密定位,又不使用扫描动机构,实现了几十度宽的光束横向作用范围和高精度定位的统一。
本发明提供的一种避免池外便溺的定位装置使用测距单元和微处理器组成智能系统,当使用者站到小便池前时,红外线光电开关感应到人体存在,启动测距单元和微处理器,测距单元的宽束激光发射器发射测距脉冲宽束激光进行测距,从宽束激光发射器发出宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体反射回来,宽束激光接收器接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器,微处理器利用距离公式计算出使用者的人体和宽束激光发射器间的距离值Xi:
Figure BDA0000124766020000041
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000042
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000043
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000044
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9并把测得的距离值X与微处理器存储的使用者位置标准距离值L进行比较,根据X-L>0,X-L<0,或X-L=0,微处理器向语音提示单元发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”、“请向后”或“请使用”的语音提示,提示使用者可以使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池中。测量得到的人体与便池间的距离精度可以达到2毫米。相对于小便池原来粗糙的定位和被动的提示、被动的人工清理,本发明能够在问题源头发生作用,从根本上解决使用者便溺在小便池外的难题。解决了清洁工人不断地清洗,使用大量的化学清洗剂和清水的问题,节约了人力,又节约了水资源,降低了成本,还解决了污染环境的问题。一种避免池外便溺的宽束激光定位装置结构简单,成本低,使用方便,实现了公厕卫生和文明,有巨大的社会效益。
附图说明
图1是本发明提供的一种小便池定位装置的结构示意图。此图也是摘要附图。
图2是本发明的测距单元6的激光发射器4发射宽束激光和激光接收器5接收宽光束激光示意图。
图3是本发明提供的一种小便池定位装置的微处理器6存储的流程图。
具体实施方式
实施例1如图1所示,本发明提供的一种避免池外便溺的宽束激光定位装置包括红外线光电开关3、测距单元6、线路板单元7、语音提示单元8和微处理器9;红外线光电开关3与线路板单元7连接,测距单元6与微处理器9和线路板单元7分别连接,微处理器9与语音提示单元8和线路板单元7分别连接,语音提示单元8和线路板单元7连接;
如图2所示,测距单元6包括宽束激光发射器4和宽束激光接收器5;所述的宽束激光发射器4包括柱面透镜,或者光栅,或者柱面透镜和球面透镜组合,宽束激光发射器4能发出脉冲宽束激光;宽束激光接收器5使用聚光透镜5.1进行聚光;4.1是宽束激光发射器输出的宽光激光,6.1是激光器照射线平面,6.2是宽光束等距椭圆;
线路板单元7包括电压变换电路、微处理器周边电路和语音驱动电路;电压变换电路把市电交流220伏转换为直流15伏作为微处理器9和语音提示单元8、测距单元6、红外线光电开关3的电源;
微处理器9存储有使用者位置的标准距离值L,标准距离值L是使用者的人体与小便池间的最佳的距离位置线至宽束激光发射器4之间的距离,最佳的距离位置线由统计确定;微处理器9还存储有运行和计算处理软件,所述的软件流程图如图3所示;
红外线光电开关3感应到人体存在,启动测距单元6和微处理器9;测距单元6的宽束激光发射器4发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光发射器进行测距,从宽束激光发射器4发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体1反射回来,宽束激光接收器5接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器9,微处理器9利用下面的距离公式进行计算和处理:
Figure BDA0000124766020000051
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000052
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000053
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正计算处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000054
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体1和发射器4间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器9存储的标准距离值L进行比较:根据X-L>0,X-L<0,或X-L=0,微处理器9向语音提示单元7发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”、“请向后”或“请使用”的语音提示,提示使用者使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池中。
根据软件流程图3,对软件流程结合硬件说明如下:执行步骤10,开始,测距单元6、微处理器9开始工作;执行步骤11,微处理器9进行数据初始化;执行步骤12,红外线光电开关3监测有人吗?当使用者站到小便池前时,执行步骤13,启动测距单元6,测距单元6的宽束激光发射器4发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光进行测距;没有人时,执行步骤12;有人时,执行步骤14,使用者站位或移动;执行步骤15,宽束激光发射器4发射宽束激光信号;执行步骤16,宽束激光接收器5接收测距宽束激光信号;执行步骤17,宽束激光接收器5接收测距宽束激光信号传输给微处理器,微处理器9利用距离公式:
Figure BDA0000124766020000061
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000062
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000063
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正计算处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;微处理器9计算出使用者的人体1和发射器4间的距离值,并把测得的距离值X与微处理器9存储有使用者位置标准距离值L进行比较;执行步骤18,是否X-L=0?执行步骤18a,否,X-L<0,扬声器发出“请向后”的语音提示;执行步骤18b,否,当X-L>0,扬声器发出“请向前”的语音提示;执行步骤19,是,X-L=0,声器发出“请使用”的语音提示;执行步骤20,结束。
一种避免池外便溺的宽束激光定位装置的定位方法,其步骤如下:
(1)当使用者站到小便池前时,红外线光电开关3感应到人体存在,启动测距单元6和微处理器9;
(2)测距单元6的宽束激光发射器4发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光测距,从宽束激光发射器4发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体1反射回来,接收器5接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器9;微处理器9存储有使用者位置的标准距离值L,标准距离值L是使用者的人体与小便池间的最佳的距离位置线至宽束激光发射器4之间的距离,最佳的距离位置线由统计确定;微处理器9利用下面的距离公式进行计算和处理:
进行计算和处理;式中,
Figure BDA0000124766020000066
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure BDA0000124766020000067
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure BDA0000124766020000071
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体1和发射器4间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器9存储有使用者位置标准距离值L进行比较:当X-L>0,微处理器9向语音提示单元7发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”的语音提示,提示使用者向前移动;当X-L<0,微处理器9微处理器9向语音提示单元7发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向后”的语音提示,提示使用者向前移动;当X-L=0,微处理器9微处理器9向语音提示单元7发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请使用”的语音提示,提示使用者可以使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池子里面。
本实施例的宽束激光发射器4的柱面透镜的焦距10毫米,在300~500毫米范围内得到宽束激光光束近似为长方形长度是300毫米,宽3毫米的宽束激光;宽束激光接收器5内的聚光透镜的焦距为30毫米,口径为10毫米;测距精度为2毫米,宽束激光接收器5输出的是4位BCD码数据,传输到微处理器9的Atmeg48中。红外线光电开关(3)采用亿彩ITR9909。使用者位置标准距离值L为320毫米。语音提示单元8为SD1700,是2007年华邦ISD公司研制的,能够满足语音指令要求。宽束激光的频率为每秒2次。

Claims (3)

1.一种避免池外便溺的宽束激光定位装置,其特征在于,其包括红外线光电开关(3)、测距单元(6)、线路板单元(7)、语音提示单元(8)和微处理器(9);红外线光电开关(3)与线路板单元(7)连接,测距单元(6)与微处理器(9)和线路板单元(7)分别连接,微处理器(9)与语音提示单元(8)和线路板单元(7)分别连接,语音提示单元(8)和线路板单元(7)连接;
测距单元(6)包括宽束激光发射器(4)和宽束激光接收器(5);所述的宽束激光发射器(4)包括柱面透镜,或者光栅,或者柱面透镜和球面透镜组合,宽束激光发射器(4)能发出脉冲宽束激光;宽束激光接收器(5)使用聚光透镜(5.1)进行聚光;
线路板单元(7)包括电压变换电路、微处理器周边电路和语音驱动电路;电压变换电路把市电交流220伏转换为直流15伏作为微处理器(9)和语音提示单元(8)、测距单元(6)、红外线光电开关(3)的电源;
微处理器(9)存储有使用者位置的标准距离值L,标准距离值L是使用者的人体与小便池间的最佳的距离位置至宽束激光发射器(4)之间的距离,最佳的距离位置值由统计确定;微处理器(9)还存储有运行和计算处理软件;
红外线光电开关(3)感应到人体存在,启动测距单元(6)和微处理器(9),测距单元(6)的宽束激光发射器(4)发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光进行测距,从宽束激光发射器(4)发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体(1)反射回来,接收器(5)接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器(9),微处理器(9)利用下面的距离公式进行计算和处理:
Figure FDA0000124766010000011
式中,
Figure FDA0000124766010000012
为脉冲宽束激光相变化值,
Figure FDA0000124766010000013
是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure FDA0000124766010000014
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体(1)和发射器(4)间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器(9)存储的标准距离值L进行比较:根据X-L>0,X-L<0,或X-L=0,微处理器(9)向语音提示单元(7)发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”、“请向后”或“请使用”的语音提示,提示使用者使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池中。
2.如权利要求1所述的一种避免池外便溺的宽束激光定位装置的定位方法,其特征在于,其步骤如下:
(1)当使用者站到小便池前时,红外线光电开关(3)感应到人体存在,启动测距单元(6)和微处理器(9);
(2)测距单元(6)的宽束激光发射器(4)发射每秒等于或大于1次测距脉冲宽束激光测距,从宽束激光发射器4发出脉冲宽束激光,遇到便池前面的使用者的人体(1)反射回来,宽束激光接收器(5)接收到脉冲宽束激光回波输送到微处理器(9),微处理器(9)利用距离公式进行计算和处理:
式中,
Figure FDA0000124766010000022
为脉冲宽束激光相变化值,是光程位相和正弦波全波位相之比,T是脉冲周期,i为宽束激光在人体的横向不同位置的反射;非共线测距修正处理测距单元6中由发射器4发射宽束激光,在接收器5成像也是线状,对应不同的
Figure FDA0000124766010000024
给测距带来的误差,通过递推平均值滤波算法加以修正;
微处理器9计算出使用者的人体(1)和发射器4间的距离值X,并把测得的距离值X与微处理器(9)存储的使用者位置标准距离值L进行比较:当X-L>0,微处理器(9)向语音提示单元(7)发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向前”的语音提示,提示使用者向前移动;当X-L<0,微处理器(9)微处理器(9)向语音提示单元(7)发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请向后”的语音提示,提示使用者向后移动;当X-L=0,微处理器(9)向语音提示单元(7)发出语音指令,通过扬声器向使用者发出“请使用”的语音提示,提示使用者使用,并保证使用者的便溺能够全部在小便池子里面。
3.如权利要求1所述的一种避免池外便溺的装置,其特征在于,其特征在于,所述的束激光发射器(4)的柱面透镜的焦距10毫米;宽束激光激光接收器(5)内的聚光透镜(5.1)的焦距为30毫米,口径为10毫米;宽束激光激光接收器(5)输出的是4位BCD码数据,传输到微处理器(9)的Atmeg48中;红外线光电开关(3)采用亿彩ITR9909;使用者位置标准距离值L为320毫米;语音提示单元(8)为SD1700,是2007年华邦ISD公司研制的;宽束激光的频率为每秒2次。
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