CN105869241A - 一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统，该系统是基于多普勒雷达的低成本的自适应自动门系统，能自动匹配行人的速度，减少行人因等待门开启而引起的时间浪费和不悦；可以避免静止的目标误开门的情况，如果有人在门口驻足后想进入，则可以通过在门的入口增加的手动开启按钮，将门开启；增加了友好的人机交互系统，能方便用户进行灵活设置；在执行机构部分增加了电控自锁机构，由超级用户通过人机交互或者手动按钮在系统执行机构出现故障，门无法自动开启的情况下，通过控制自锁机构将门和执行机构分离，在人力的作用下将门迅速打开；增加了防夹功能，提高出入行人的安全。

Description

一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统及其控制方法。

背景技术

随着探测技术的发展和用户需求的不断提升，在一些商场和办公大楼等公共场所，自动门系统得到了广泛的应用，给人们的出行带来很多便利。其采用的探测技术主要有红外感应和微波雷达探测技术。采用红外线感应技术的自动门，只要有物体进入感应区域，门就会自动打开并延长设定时间后关闭，智能性极低，尤其是静态的目标也会触发开门动作。而采用微波雷达探测技术的自动门系统，当有移动的目标接近探测区域时，门自动打开，比采用红外探测技术的自动门有一定优势，可以避免禁止的目标误触发开门。

但是目前大部分自动门系统存在以下问题：缺乏灵活性，未考虑接近目标的速度而调整开门响应时间和开门速度，尤其与出入的行人的行径速度不匹配，引起行人焦急等待或不满；人机交互不够完善，用户不能灵活根据实际应用场景进行交互设置；当门自动开启和关闭的执行机构出现故障后，系统无法通过电子装置控制将门开启，一旦有火灾等灾难发生，门不能立刻开启，对生命财产构成极大的危险；大部分自动门系统和门禁系统不能很好的集成，无法兼顾自动门系统灵活性和门禁系统的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种使用安全可靠、更加的人性化和运行合理的自适应自动门系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统，该系统包括控制单元，人机交互终端、多普勒雷达、执行机构、电机编码器、手动按钮开关、视觉和声觉报警装置，所述多普勒雷达将动态目标信息输送至控制单元，所述电机编码器安装在电机轴上将电机转速信号输送至控制单元，所述控制单元输出开关门信息至控制自动门开启和关闭的执行机构，所述手动按钮开关和人机交互终端输出控制信号至控制单元，所述控制单元输出报警信号至视觉和声觉报警装置。

所述执行机构上设有自锁机构，所述控制单元输出锁止和解锁信号至自锁机构。

所述执行机构上设有门禁系统，所述门禁系统输出信号至控制单元。

所述控制单元包括MCU最小系统、多普勒雷达中频信号处理电路、电机编码脉冲信号采集电路、按钮开关输入信号处理、执行机构控制输出信号、电磁铁控制输出信号、与交互终端进行通信的RS232通信接口、视觉和声觉报警控制电路。

一种所述的多普勒雷达的自适应自动门系统的控制方法：

步骤1、系统启动自检，若系统自检正常则执行下一步，若系统自检异常，则控制打开自锁机构并报警；

步骤2、多普勒雷达检测是否有移动目标接近，若无则循环检测，若有则执行下一步；

步骤3、判定当前工作状态，若当前工作状态为自由出入状态则进入下一步；

步骤4、控制执行机构开门；

步骤5、开门延迟是否结束；

步骤6、执行机构关门；

步骤7、关门是否存在障碍，若有在返回步骤4；若无则关门结束返回步骤1。

所述步骤3中若当前工作状态为限制出入状态则进入步骤8；

步骤8、提示使用门禁系统；

步骤9、若门禁系统判定允许进入，则执行步骤4。

当系统接收到手动按钮开关的开门信号后，系统执行步骤4。

所述步骤2中当检测到有接近的运动目标进入报警区域并测得其速度后，系统根据接近目标的速度控制门开启的速度，开门速度与接近目标的速度呈正比关系；

所述步骤2中当检测到有运动目标远离，而无运动目标靠近报警区域时，系统通过控制执行机构将门自动关闭，系统根据远离目标的速度控制门关闭的速度，关门速度与远离目标的速度呈正比关系。

所述步骤7中系统通过电机编码脉冲采集电路获取电机转速，间接得到门开启的速度，当门遇到障碍物后，读取的脉冲间隔时间将比门自动关闭的时间(T)要长，当t>2*T时，系统认为两门之间有障碍物，系统执行防夹算法，自动停止关门并将门重新打开，当门遇到障碍物的次数大于预设上限次数，则系统通过报警装置进行报警，并保持门常开。

当门自动开启和关闭的执行机构出现故障无法将门自动开启和关闭的情况下，用户可选择通过交互终端使用超级权限控制系统自锁机构控制电路，控制电磁铁吸合，将门和传动机构分离。

本发明的优点在于：

1)该系统采用多普勒毫米波雷达，能够根据行人速度，调整门开启的速度，增加行人体验；

2)可以避免静止的目标误开门，如果有人在门口驻足后想进入，则可以通过手动开启按钮将门开启；

3)系统可以通过交互界面对门关闭的延时时间以及门允许开启的时间段进行设置，提高系统灵活性；

4)在执行机构部分增加了电控自锁机构，在系统执行机构出现故障的情况下，无需通过机械拆除的办法将门打开，而通过用户超级权限，通过控制自锁机构的电磁铁，配合人手动将门打开；

5)系统增加了防夹功能；

6)系统检测到门无法正常关闭的情况下，进行报警提醒。如长时间有障碍物阻挡，而没有正确设置门关闭的延时时间，系统认为存在安全隐患，通过系统自带的报警装置进行报警提醒。

7)系统还可以通过与现有门禁系统集成，既达到了在允许自由进出的时间段内，合法出入人员正常出入的灵活性。同时也保证了公共场所在非正常营业时间段内的公共安全性。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为基于多普勒雷达的自适应自动门系统框图；

图2为基于多普勒雷达的自适应自动门系统控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于多普勒雷达的自适应自动门系统，包括控制单元，人机交互终端、多普勒雷达、执行机构、电机编码器、自锁机构、手动按钮开关、门禁系统、视觉和声觉报警装置等。

控制单元包括MCU最小系统、多普勒雷达中频信号处理电路、电机编码脉冲信号采集电路、按钮开关输入信号、执行机构控制输出信号、电磁铁控制输出信号、与交互终端进行通信的RS232通信接口、视觉和声觉报警控制电路等。

人机交互终端与控制单元通过RS232通信接口1进行通信实现与用户交互。用户可以通过交互终端对门开启速度和关闭速度进行相对调节设置。用户也可以通过交互终端设置门禁止自动开启的时间段，配合办公大楼、商业大楼的上下班时间，保证公共场所的安全。用户还可以通过交互终端在特殊需求下设置需要延长自动门关闭的时间。

多普勒雷达用于对动态目标进行检测，返回的雷达中频信号通过控制单元的处理电路进行处理后通过模数转换转换为数字信号，提供给雷达算法，雷达算法对目标进行识别。

执行机构用于控制自动门的开启和关闭。

电机编码器安装在电机轴上用于检测电机的转速，间接计算门开启和关闭的速度，判断门是否遇到障碍。

自锁机构通过自锁机械结构和电磁铁实现自锁功能，控制单元通过控制电磁铁实现对自锁机构的控制。

手动按钮开关用于在允许自由进出的时间段内将门手动开启，控制单元的按钮开关信号采集电路用于获取按钮触发动作。

门禁系统通过与控制单元通过RS232通信接口2进行通信实现与自动门系统的集成。

视觉和声觉报警装置用于在系统出现故障的情况下进行报警提醒。由控制单元的控制电路进行控制。

系统工作时，通过多普勒雷达对门前一定区域范围内接近的运动目标的速度和运行方向进行探测，当检测到有接近的运动目标进入报警区域并测得其速度后，系统通过控制执行机构将门自动开启，同时根据接近目标的速度控制门开启的速度。当检测到有运动目标远离，而无运动目标靠近报警区域时，系统通过控制执行机构将门自动关闭，同时根据远离目标的速度控制门关闭的速度，这样的设置使得自动门更加人性化，也更加方便用户使用。

系统可以通过手动按钮和交互终端与用户实时交互；通过超级用户权限可以设置门延时关闭的时间；设置工作时间段和禁止出入的时间段。在执行机构出现故障的情况下，用户通过交互终端输入超级权限口令，通过交互系统控制自锁机构控制电路将自锁机构电磁铁吸合，将门和执行机构之传动机构分离，配合人力将门打开，缩短紧急情况下开门时间。

系统还可以通过扩展的RS232通信接口和软件接口和门禁系统进行集成，使得在自动门禁止自动开启的时间段内，合法人员可以通过门禁识别系统将门开启，从而既提高系统使用的灵活性，又可以提高公共场所的安全性。针对极少数情况，当目标进入探测区域后驻足在门关闭之前未进入，则雷达无法再次探测到该禁止目标，如果此时该目标想再次进入，可以通过手动按钮将门开启，从而弥补了该系统所存在的不足。

如果移动的目标进入探测区域，如果处于门允许自动开启的时间段，则门自动开启。极少数情况下，如果目标在区域范围内驻足，则雷达前端无法探测，此时如果该目标想进入，则可以通过手动按钮将门开启。

如图2所示，基于上述多普勒雷达的自适应自动门系统的控制方法如下：

步骤1、系统上电后，进行系统初始化，并进行系统故障自检，若系统自检正常则执行下一步，若系统自检异常，则控制打开自锁机构并报警；

步骤2、多普勒雷达检测是否有移动目标接近，若无则循环检测，若有则执行下一步；

步骤3、判定当前工作状态，若当前工作状态为自由出入状态则进入下一步；若当前工作状态为限制出入状态则进入步骤8；

步骤4、控制执行机构开门；

步骤5、开门延迟是否结束；

步骤6、执行机构关门；

步骤7、关门是否存在障碍，若有在返回步骤4；若无则关门结束返回步骤1。

步骤8、提示使用门禁系统；

步骤9、若门禁系统判定允许进入，则执行步骤4。

系统正常工作时运行雷达信号滤波和处理、电机编码脉冲信号处理、用户交互信息处理等软件模块；软件运行中可能随时产生中断，进入中断服务程序。中断服务程序中进行雷达信号的周期采集、交互终端信号收发、电机编码信号采集、报警控制等中断服务程序。系统采集多普勒毫米波雷达回波信号通过相位识别算法判断运动目标与本车是相对靠近还是远离，如果运动目标靠近门，则系统通过检测接近目标的速度，设置门开启的响应时间和速度并将门自动打开，如果运动目标远离门，则系统通过检测远离目标的速度设置门关闭的响应时间和速度并将门自动关闭。

系统工作时，通过电机编码脉冲采集电路获取电机转速，间接得到门开启的速度，当门遇到障碍物后，读取的脉冲间隔时间(t)将比门自动关闭的时间(T)要长，当t>2*T时，系统认为两门之间有障碍物，系统执行防夹算法，自动停止关门并将门重新打开，从而防止将进出的行人或者动物夹伤，同时保护门不被损坏。当门遇到障碍物的次数大于10次，则系统认为门无法正常关闭，存在安全隐患，通过报警装置进行报警，提醒保安人员进行故障报修。

当门自动开启和关闭的执行机构出现故障无法将门自动开启和关闭的情况下，用户可以通过交互终端使用超级权限控制系统自锁机构控制电路，控制电磁铁吸合，将门和传动机构分离，在人力的作用下将门开启或者关闭，等待维修。

另外本系统还可以通过扩展的RS232通信接口2与门禁系统进行集成，当合法的出入人员通过门禁卡或者指纹将合法的身份信息输入门禁系统，主控制器将控制执行机构将门开启。该扩展功能使得该自动门系统功能更加完善，用户可以通过超级权限设置在门禁止自动开启的时间段内，通过门禁卡或者指纹将门开启，实现自适应自动门和门禁系统的完美集合。

本发明一种基于多普勒雷达的低成本的自适应自动门系统，能自动匹配行人的速度，减少行人因等待门开启而引起的时间浪费和不悦；可以避免静止的目标误开门的情况，如果有人在门口驻足后想进入，则可以通过在门的入口增加的手动开启按钮，将门开启；增加了友好的人机交互系统，能方便用户进行灵活设置；在执行机构部分增加了电控自锁机构，由超级用户通过人机交互或者手动按钮在系统执行机构出现故障，门无法自动开启的情况下，通过控制自锁机构将门和执行机构分离，在人力的作用下将门迅速打开；增加了防夹功能，提高出入行人的安全；另外通过本系统的RS232扩展通信接口和软件接口可以很好的和门禁系统集成，既提高系统使用的灵活性，同时提高公共场所的安全性。

Claims (10)

1.一种基于多普勒雷达的自适应自动门系统，其特征在于：该系统包括控制单元，人机交互终端、多普勒雷达、执行机构、电机编码器、手动按钮开关、视觉和声觉报警装置，所述多普勒雷达将动态目标信息输送至控制单元，所述电机编码器安装在电机轴上将电机转速信号输送至控制单元，所述控制单元输出开关门信息至控制自动门开启和关闭的执行机构，所述手动按钮开关和人机交互终端输出控制信号至控制单元，所述控制单元输出报警信号至视觉和声觉报警装置。

2.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达的自适应自动门系统，其特征在于：所述执行机构上设有自锁机构，所述控制单元输出锁止和解锁信号至自锁机构。

3.根据权利要求2所述的基于多普勒雷达的自适应自动门系统，其特征在于：所述执行机构上设有门禁系统，所述门禁系统输出信号至控制单元。

4.根据权利要求3所述的基于多普勒雷达的自适应自动门系统，其特征在于：所述控制单元包括MCU最小系统、多普勒雷达中频信号处理电路、电机编码脉冲信号采集电路、按钮开关输入信号处理、执行机构控制输出信号、电磁铁控制输出信号、与交互终端进行通信的RS232通信接口、视觉和声觉报警控制电路。

5.一种基于权利要求1-4所述的多普勒雷达的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：

步骤1、系统启动自检，若系统自检正常则执行下一步，若系统自检异常，则控制打开自锁机构并报警；

步骤2、多普勒雷达检测是否有移动目标接近，若无则循环检测，若有则执行下一步；

步骤3、判定当前工作状态，若当前工作状态为自由出入状态则进入下一步；

步骤4、控制执行机构开门；

步骤5、开门延迟是否结束；

步骤6、执行机构关门；

步骤7、关门是否存在障碍，若有在返回步骤4；若无则关门结束返回步骤1。

6.根据权利要求5所述的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3中若当前工作状态为限制出入状态则进入步骤8；

步骤8、提示使用门禁系统；

步骤9、若门禁系统判定允许进入，则执行步骤4。

7.根据权利要求5或6所述的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：当系统接收到手动按钮开关的开门信号后，系统执行步骤4。

8.根据权利要求7所述的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2中当检测到有接近的运动目标进入报警区域并测得其速度后，系统根据接近目标的速度控制门开启的速度，开门速度与接近目标的速度呈正比关系；

所述步骤2中当检测到有运动目标远离，而无运动目标靠近报警区域时，系统通过控制执行机构将门自动关闭，系统根据远离目标的速度控制门关闭的速度，关门速度与远离目标的速度呈正比关系。

9.根据权利要求5所述的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：所述步骤7中系统通过电机编码脉冲采集电路获取电机转速，间接得到门开启的速度，当门遇到障碍物后，读取的脉冲间隔时间将比门自动关闭的时间(T)要长，当t>2*T时，系统认为两门之间有障碍物，系统执行防夹算法，自动停止关门并将门重新打开，当门遇到障碍物的次数大于预设上限次数，则系统通过报警装置进行报警，并保持门常开。

10.根据权利要求5所述的自适应自动门系统的控制方法，其特征在于：当门自动开启和关闭的执行机构出现故障无法将门自动开启和关闭的情况下，用户可选择通过交互终端使用超级权限控制系统自锁机构控制电路，控制电磁铁吸合，将门和传动机构分离。