CN105242326A - 一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，通过相对放置于通道两侧的主收发单元和从收发单元构成一个红外光检测对，多个红外光检测对沿通道方向水平放置；主收发单元具有频率产生、频率变换和频率鉴别功能，从收发单元只具有频率变换功能；本发明采用脉冲频率不同的发射光脉冲与反射光脉冲对射技术，解决了红外光通道检测中控制检测线必须两侧连接的困扰，控制器只须读取主收发单元的频率鉴别逻辑输出状态就可以得到通道内的人行信息，大大缩短了引线的长度，简化了系统的结构，加快了响应速度，降低了工程施工难度；相邻检测对采用光脉冲频率间隔分布的方式，有效避免了相邻红外光检测对之间的干扰，提高了系统的可靠性。

Description

一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种在光的应用领域中，对通道中通行目标进行检测的方法。
背景技术
目前，基于光的检测与控制产品在非接触测量与控制领域中应用广泛，尤其是红外光收、发对管以价格便宜、性能稳定、电路简单等特征，在无线遥控、安全检测、近距离无线通信等方面得到广泛应用。
在诸如车站自动检票、大型场馆的出入口检测等应用场合，红外对射式通道检测方式被大量地应用，通常将多个红外光收、发对管安装在通道的两侧，当通道中有人通行时，会有部分对管被遮挡，通过遮挡的规律，控制器就可以识别人行的方向和目标体积的大小。在具体的应用过程中，要准确地识别目标的体积，就需要更加紧密的排布红外收发对管，这会增加设备的成本和控制器的运算量，生产厂家通常会在产品性能和产品成本之间作折衷的考虑；同时，紧密排布的红外光收、发对管相互之间会引起干扰，增加了设备的误判率。分布在通道两侧的红外光收、发对管的输出信号最终会连接到控制器，多路信号长距离地并行传输不是一个好的方法，通常会先将通道一侧的所有信号作状态编码后再串行传送到另一侧的控制器，增加了中间连接节点，不利于系统的可靠性；市售的专门应用于红外检测领域的一体化的红外发射器和接收器有一定的响应速度，当通道中的行人快速移动时，系统常常无法及时检测到行人的正确状态。
为了降低相邻红外收发对管的相互影响，通常要在施工现场仔细地调整红外收发对管的安装角度或采用额外的光线隔离措施，通常无法取得理想的抗干扰效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有红外对射式通道检测方式存在的不足，提出了一种能消除相邻红外收、发对管相互影响的、安装结构简单的红外对射式人行通道通行目标检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，该方法在检测系统上实现，所述检测系统包括控制器、多组红外光检测对；所述红外光检测对包括相对放置于通道两侧的主收发单元和从收发单元，主收发单元和从收发单元均包括一红外发射管和一红外接收管，主收发单元的红外发射管与从收发单元的红外接收管的接收方向一致，从收发单元的红外发射管与主收发单元的红外接收管的接收方向一致；多个红外光检测对沿通道方向水平放置；
所述主收发单元具有频率产生、频率变换和频率鉴别功能，从收发单元只具有频率变换功能；所有主收发单元的频率鉴别电路的输出端与控制器相连；
所述主收发单元的振荡器产生一个基准频率信号fy，此信号分为两路，一路作为频率鉴别电路的参考频率；另一路经变频电路将fy变换为fx后，由功率驱动电路向从收发单元发射脉冲频率为fx的红外光；从收发单元只是被动地接收和反射主收发单元发来的红外光信号，具体为：从收发单元的红外接收管将脉冲频率为fx的红外光信号转换为电信号，经放大电路放大后，由变频电路将fx变为fy’后，由从收发单元的功率驱动电路驱动红外发射管向主收发单元发回脉冲频率为fy’的红外光，主收发单元的红外接收管将脉冲频率为fy’的红外光转换为频率为fy’的电信号，经放大电路放大后，送入频率鉴别电路的信号输入端；频率鉴别电路为一锁相环电路，具有频率捕获能力，当频率鉴别电路信号输入端输入信号的频率在频率鉴别电路的捕捉带宽内时，频率鉴别电路输出的逻辑状态为低电平，否则为高电平，控制器根据多个主收发单元的频率鉴别输出端的逻辑状态值，来判别人行通道通行目标的状态。
进一步地，所述主收发单元发向从收发单元的红外脉冲的频率fx与从收发单元发回红外脉冲的频率fy’不相同。
进一步地，相邻的红外光检测对的主收发单元所发射红外光的脉冲频率不相同。
进一步地，从收发单元变频电路功能为主收发单元变频电路功能的逆向变换。
与现有的技术相比，本发明具有的有益效果是：脉冲频率不同的发射光脉冲与反射光脉冲对射技术，解决了红外光通道检测中控制检测线必须两侧连接的困扰，上位机控制器只须读取主收发单元的频率鉴别逻辑输出状态就可以得到通道内的人行信息，大大缩短了引线的长度，简化了系统的结构，加快了响应速度，降低了工程施工难度；相邻检测对采用光脉冲频率间隔分布的方式，有效避免了相邻红外光检测对之间的干扰，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法原理框图；
图2是倍频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法电路原理图；
图3是混频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法电路原理图。
具体实施方式
下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
本发明一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，该方法在检测系统上实现，如图1所示，所述检测系统包括控制器、多组红外光检测对；所述红外光检测对包括相对放置于通道两侧的主收发单元和从收发单元，主收发单元和从收发单元均包括一红外发射管和一红外接收管，主收发单元的红外发射管与从收发单元的红外接收管的接收方向一致，从收发单元的红外发射管与主收发单元的红外接收管的接收方向一致；多个红外光检测对沿通道方向水平放置。
所述主收发单元具有频率产生、频率变换和频率鉴别(鉴频)功能，从收发单元只具有频率变换功能；所有主收发单元的频率鉴别电路的输出端与控制器相连。
所述主收发单元的振荡器产生一个基准频率信号fy(或者fi)，此信号分为两路，一路作为频率鉴别电路的参考频率；另一路经变频电路将fy(或者fi)变换为fx(或者fj)后，由功率驱动电路向从收发单元发射脉冲频率为fx(或者fj)的红外光；从收发单元只是被动地接收和反射主收发单元发来的红外光信号，具体为：从收发单元的红外接收管将脉冲频率为fx(或者fj)的红外光信号转换为电信号，经放大电路放大后，由变频电路将fx(或者fj)变为fy’(或者fi’)后，由从收发单元的功率驱动电路驱动红外发射管向主收发单元发回脉冲频率为fy’(或者fi’)的红外光，主收发单元的红外接收管将脉冲频率为fy’(或者fi’)的红外光转换为频率为fy’(或者fi’)的电信号，经放大电路放大后，送入频率鉴别电路的信号输入端；频率鉴别电路为一锁相环电路，具有频率捕获能力，当频率鉴别电路信号输入端输入信号的频率在频率鉴别电路的捕捉带宽内时，频率鉴别电路输出的逻辑状态为低电平，否则为高电平，控制器根据多个主收发单元的频率鉴别输出端的逻辑状态值，来判别人行通道通行目标的状态。
由图1可以看出，对于同一个红外光检测对，光路中有两个频率不同的光脉冲信号，只有主收发单元产生信号，从收发单元只是被动地反射光信号，因而从收发单元无须与控制器产生联系。相邻的红外光检测对的工作频率不同，在多个检测对同时存在时，如此频率间隔分布的方式，有效避免了相邻红外光检测对之间的相互干扰。
图1中，如果从收发单元的变频功能为主收发单元变频功能的逆向变换，则当人行通道通畅(无遮挡)时，有fy＝fy’，fi＝fi’，即频率鉴别电路的参考频率与输入频率相等，频率鉴别电路输出逻辑低电平，当人行通道有遮挡时，红外接收管接收不到红外光，fy’＝fi’＝0，fy≠fy’，fi≠fi’，频率鉴别电路输出逻辑高电平。
对于图1所示的一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，改进了红外对射式人行通道的信号结构布局，有效简化了控制器与红外收发器件之间的连接方式，其核心是检测光路中采用了两种调制频率的脉冲光，发射光脉冲频率与反射光脉冲频率之间具有某种内在的联系，即具有一定规律的频率变换特征。从产品成本的角度考虑，频率变换方法也不可能太复杂，因此数字倍频式频率变换方法与模拟混频式频率变换方法成为本发明所描述的首选方案。
实施例1，倍频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法
如图2所示，基于数字倍频式频率变换的一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，图2左侧是主收发单元电路原理图，图2右侧是从收发单元电路原理图。集成电路U1_2为一锁相环音频译码器，型号为LM567，其内部压控振荡器的中心频率fA由外接的阻容器件R1_6、C1_4决定，此压控振荡信号经U1_2的⑤脚输出后经施密特触发器U1_1A、U1_1B反相缓冲后分别由微分电路R1_1、C1_1、R1_2、C1_2提取上升沿，再经施密特触发器U1_1D、U1_1E整形，经二极管D1_3、D1_4作与逻辑处理，此时脉冲信号的频率为压控振荡频率的2倍，即2fA，此频率为2fA的脉冲信号经施密特触发器U1_1C、U1_1F缓冲、三极管Q1_1功率驱动后，经外发射管D1_5发出脉冲频率为2fA的红外光。
脉冲频率为2fA的红外光经过人行通道，为红外接收管Q2_1所接收，输出脉冲频率为2fA的微弱电信号，经U2_1A放大、中心频率调谐于2fA的谐振回路T2_1、C2_3选频后，再经U2_1B放大，U2_1C整形后送至D触发器U2_2A的时钟端(③脚)，U2_2A构成一个二分频电路，其⑤脚输出脉冲信号的频率为其时钟输入端信号频率的一半，即fA，此频率为fA的脉冲信号经U2_1D、U2_1E、U2_1F缓冲、三极管Q2_2功率驱动后，经外发射管D2_1发出脉冲频率为fA的红外光。
此脉冲频率为fA的红外光经过人行通道，为红外接收管Q1_2所接收，输出脉冲频率为fA的微弱电信号，经三极管Q1_3选频放大后送至集成电路U1_2的③脚。当③脚输入信号的频率在锁相环路U1_2的捕捉带宽内时，其⑧脚就会输出一低电平，否则输出高电平。U1_2的①脚、②脚通常分别对地接滤波电容，形成输出滤波网络和锁相环路低通滤波网络，其中②脚所接电容C1_6的值决定锁相环路的捕捉带宽(即③脚输入信号的频率与压控振荡器中心频率fA的偏离值)，C1_6的值越大，环路带宽越窄；环路带宽占锁相环路中心频率的百分比由决定，式中，Vi为U1_2的③脚输入信号的幅度，最大为200mVRMS。资料显示，锁相环音频译码器LM567的最大捕捉带宽为压控振荡器中心频率fA的14％。
资料显示，U1_2的⑧脚逻辑电平切换的最快速率是20个信号脉冲，例如当fA为40kHz时，U1_2的⑧脚逻辑电平切换的最快速率是即1秒钟切换2000次，完全可以适应奔跑行人的状态检测。
若红外发射管D1_5发出脉冲频率为2fA的红外光经人体或通道本身反射后为为红外接收管Q1_2所接收，即主收发单元发射的红外光信号为自身所接收，由于2fA不在U1_2的频率鉴别范围之内，因而不会引起U1_2⑧脚输出电平的翻转，从而保证电路的抗干扰性能。
从上述描述可知，集成电路U1_2内部压控振荡信号fA经过倍频(2fA)、红外发射(2fA)、红外接收(2fA)、2分频(fA)、红外发射(fA)、红外接收(fA)等过程，其⑤脚振荡信号的频率和③脚输入信号的频率相同，相位差固定，因此当人行通道无行人时，红外光的光路通畅，集成电路U1_2的⑧脚输出低电平，当有行人阻挡了红外光的光路时，U1_2的③脚接收不到频率为fA的电信号，U1_2的⑧脚就会输出高电平。上位机控制器通过检测U1_2⑧脚的逻辑状态，就可以判断当前光路上是否有行人通过。
实施例2，混频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法
如图3所示，基于模拟混频式频率变换的一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，图3左侧是主收发单元电路原理图，图3右侧是从收发单元电路原理图。锁相环集成电路U1_1内部压控振荡器的中心频率fB由外接的阻容器件R1_6、C1_7决定，此压控振荡信号经U1_1的⑤脚输出后经一RC串联电路(R1_5、C1_8)接至一并联LC选频回路(T1_2、C1_9)，此并联LC选频回路的谐振频率调谐于fB，选频变压器T1_2的次级输出选频信号，特别地，耦合电容C1_10与T1_2的次级感抗串联谐振于晶体J2_1的谐振频率fC上，因此对于晶体J2_1而言，相当于一端接地，从而保证晶体振荡电路正常工作。由于晶体振荡器工作于大信号状态(三极管Q1_3的非线性区)，当三极管的基极有额外的小幅度信号fB注入时，就会产生混频效应，产生新的频率成分，其中的一个新频率fB+fC对于我们的设计是有益的，接于Q1_3集电极的选频谐振回路(T1_3、C1_12)调谐于fB+fC的频率点上，因此Q1_3及其外围电路所实现的功能是多方面的，既是振荡器又是混频器，还是选频放大器；T1_3的次级输出信号接到三极管Q1_4的基极，Q1_4及其外围电路构成一个选频放大器，接于Q1_4集电极的选频谐振回路(T1_4、C1_15)调谐于fB+fC的频率点上，T1_4的次级输出信号接到三极管Q1_5的基极，Q1_5为功率驱动级，发射管D1_1发出脉冲频率为fB+fC的红外光。
脉冲频率为fB+fC的红外光经过人行通道，为红外接收管Q2_1所接收，输出脉冲频率为fB+fC的微弱电信号，经Q2_2选频放大(Q2_2集电极谐振回路T2_1、C2_2的谐振频率为fB+fC)，后接至三极管Q2_3的基极，同样地，Q2_3及其外围电路所实现的功能也是多方面的，既是振荡器又是混频器，还是选频放大器；晶体J2_1的谐振频率为fC，Q2_3集电极谐振回路(T2_2、C2_7)的谐振频率为fB，因此Q2_3及其外围电路所起的作用就是完成(fB+fC)-fC的功能。T2_2的次级输出信号接到三极管Q2_4的基极，Q2_4及其外围电路构成一个选频放大器，接于Q2_4集电极的选频谐振回路(T2_3、C2_9)调谐于频点fB，T2_3的次级输出信号接到三极管Q2_5的基极，Q2_5为功率驱动级，发射管D2_1发出脉冲频率为fB的红外光。
此脉冲频率为fB的红外光经过人行通道，为红外接收管Q1_1所接收，输出脉冲频率为fB的微弱电信号，经三极管Q1_2选频放大后送至集成电路U1_1的③脚，集成电路U1_1为一锁相环音频译码器，型号为LM567。当③脚输入信号的频率在锁相环路U1_1的捕捉带宽内时，其⑧脚就会输出一低电平，否则输出高电平。U1_1的①脚、②脚通常分别对地接滤波电容，形成输出滤波网络和锁相环路低通滤波网络，其中②脚所接电容C1_4的值决定锁相环路的捕捉带宽(即③脚输入信号的频率与压控振荡器中心频率fB的偏离值)，C1_4的值越大，环路带宽越窄；
若红外发射管D1_1发出脉冲频率为fB+fC的红外光经人体或通道本身反射后为红外接收管Q1_1所接收，即主收发单元发射的红外光信号为自身所接收，由于fB+fC不在U1_1的频率鉴别范围之内，因而不会引起U1_1⑧脚输出电平的翻转，从而保证电路的抗干扰性能。
从上述描述可知，集成电路U1_1内部压控振荡信号fB经过外差混频(fB+fC)、红外发射(fB+fC)、红外接收(fB+fC)、内差混频(fB+fC-fC)、红外发射(fB)、红外接收(fB)等过程，U1_1⑤脚振荡信号的频率和③脚输入信号的频率相同，相位差固定，因此当人行通道无行人时，红外光的光路通畅，集成电路U1_1的⑧脚输出低电平，当有行人阻挡了红外光的光路时，U1_1的③脚接收不到频率为fB的电信号，U1_1的⑧脚就会输出高电平。上位机控制器通过检测U1_1⑧脚的逻辑状态，就可以判断当前光路上是否有行人通过。
本发明提供了一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，通过具有特定特征的红外光发射、接收方法，突破了传统的红外对射式人行通道通行目标检测方法的工作环境极限，结构简单，易于实现，抗干扰效果好。
本发明描述的一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，所述的细节仅仅为较佳的实施方式，但并非仅仅局限于此，其实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何基于本发明原理下所作的改变、修饰、组合、简化，均视为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，其特征在于，该方法在检测系统上实现，所述检测系统包括控制器、多组红外光检测对；所述红外光检测对包括相对放置于通道两侧的主收发单元和从收发单元，主收发单元和从收发单元均包括一红外发射管和一红外接收管，主收发单元的红外发射管与从收发单元的红外接收管的接收方向一致，从收发单元的红外发射管与主收发单元的红外接收管的接收方向一致；多个红外光检测对沿通道方向水平放置；
所述主收发单元具有频率产生、频率变换和频率鉴别功能，从收发单元只具有频率变换功能；所有主收发单元的频率鉴别电路的输出端与控制器相连；
所述主收发单元的振荡器产生一个基准频率信号fy，此信号分为两路，一路作为频率鉴别电路的参考频率；另一路经变频电路将fy变换为fx后，由功率驱动电路向从收发单元发射脉冲频率为fx的红外光；从收发单元只是被动地接收和反射主收发单元发来的红外光信号，具体为：从收发单元的红外接收管将脉冲频率为fx的红外光信号转换为电信号，经放大电路放大后，由变频电路将fx变为fy’后，由从收发单元的功率驱动电路驱动红外发射管向主收发单元发回脉冲频率为fy’的红外光，主收发单元的红外接收管将脉冲频率为fy’的红外光转换为频率为fy’的电信号，经放大电路放大后，送入频率鉴别电路的信号输入端；频率鉴别电路为一锁相环电路，具有频率捕获能力，当频率鉴别电路信号输入端输入信号的频率在频率鉴别电路的捕捉带宽内时，频率鉴别电路输出的逻辑状态为低电平，否则为高电平，控制器根据多个主收发单元的频率鉴别输出端的逻辑状态值，来判别人行通道通行目标的状态。
2.根据权利要求1所述一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，其特征在于，所述主收发单元发向从收发单元的红外脉冲的频率fx与从收发单元发回红外脉冲的频率fy’不相同。
3.根据权利要求1所述一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，其特征在于，相邻的红外光检测对的主收发单元所发射红外光的脉冲频率不相同。
4.根据权利要求1所述一种变频跟踪红外对射式人行通道通行目标检测方法，其特征在于，从收发单元变频电路功能为主收发单元变频电路功能的逆向变换。
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