CN106772400A - 一种智能障碍物检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能障碍物检测装置，其包括：超声波传感模块、测距模块及声光报警模块，其中：所述超声波传感模块，用于发射、接收超声波信号；所述测距模块，用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离值后输出至声光报警模块4；所述声光报警模块，用于根据测距控制单元输出的量化距离值对声光报警模块输出频率进行相应调整。本发明能够有效提醒骑乘儿童规避障碍物，提醒前方人员及时避让，防止碰撞发生。
Description
技术领域
本发明提供一种智能障碍物检测装置及其检测方法，主要针对儿童玩具车、自行车及电动车等的智能障碍物检测装置及其检测方法。
背景技术
儿童玩具车是指供儿童娱乐的各类款式车辆，其可分为不可载人式和可载人玩具车。目前暂未发现可载人玩具车、自行车及电动车上涉及障碍物检测技术或装置。而在其他行业常用的障碍物检测技术中包含3类，分别为红外测距、激光测距以及超声波测距。
红外光电测距和激光测距的障碍物传感器都存在检测区域为直线检测或平面检测。即只能检测到传感器所在平面的障碍物；若障碍物位于检测平面以下或以上，则检测不到。
红外光电检测的方式对颜色、光线强度、物体表面反光程度等因素都较为敏感，因此实际应用过程中检测距离有较大误差。
超声波测距是通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以计算出障碍物的距离了，其测量结果比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此也适用于儿童玩具车、自行车及电动车障碍距离检测。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种智能障碍物检测装置及其检测方法。
本发明的技术方案是提供一种智能障碍物检测装置，其特征在于，其包括：超声波传感模块、测距模块及声光报警模块，其中：
所述超声波传感模块，用于发射、接收超声波信号；
所述测距模块，用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离值后输出至声光报警模块4；
所述声光报警模块，用于根据测距控制单元输出的量化距离值对声光报警模块输出频率进行相应调整。
优选的，所述测距模块包括超声波发射单元、超声波接收单元及信号控制与处理单元，所述超声波发射单元、超声波接收单元分别与所述信号控制与处理单元及所述超声波传感模块相连。
优选的，所述超声波发射单元包括相连的调制电路与振荡电路，所述调制电路连接信号控制与处理单元，所述振荡电路连接超声波传感模块的超声波传感器。
优选的，所述超声波接收单元包括依次相连的检波电路、滤波电路及放大电路，所述检波电路连接信号控制与处理单元，所述放大电路连接超声波传感模块的超声波传感器。
一种智能障碍物检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）超声波传感步骤，用于发射、接收超声波信号；
（2）超声波测距步骤，用于将接收的超声波信号转化为量化的距离值；
（3）距离值比较步骤，用于将量化得到的距离值与设定距离值进行比较；
（4）声音报警步骤，根据距离值比较步骤获得的结果，调整声音报警的频率，直至声音报警变为常响；
（5）报警指示灯步骤，根据距离值比较步骤的结果，调整报警指示灯闪烁的频率，直至距离值与预设的改变报警指示灯颜色距离指相等时，报警指示灯颜色改变，颜色改变后，闪烁频率变更为预设值。
优选的，调整声音报警的频率为：量化的距离值越小声音报警器的发声频率越快。
优选的，调整报警指示灯闪烁的频率为：量化的距离值越小报警指示灯闪烁的频率越快。
优选的，指示灯颜色改变，是指指示灯报警颜色共有绿、黄、红三种颜色，绿色表示前方预设警告距离内无障碍物，黄色表示前方预设警告距离内存在障碍物，红色表示前方障碍物距离已达到预设报警距离内。
优选的，所述超声波测距步骤包括以下步骤：
（1）控制超声波传感器发射固定频率的超声波信号；切换为接收状态，等待接收发射回来的超声波信号；
（2）对接收到的超声波信号进行包括滤波、放大处理；
（3）根据室温对超声波在空气中的传输速度对距离值进行调整；
（4）根据接收到的超声波信号与发射超声波信号的时间差和超声波在空气中的传播速度，计算出前方反射超声波物体的距离值。
优选的，所述超声波传感步骤中以锥形区域发射超声波信号。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种儿童玩具车、自行车及电动车的智能障碍物检测装置及其检测方法，检测装置采用超声波方式进行测距，其可以得到量化的距离值，与设定距离做比较后可发出声光报警。能够有效提醒骑乘儿童规避障碍物，提醒前方人员及时避让，防止碰撞发生。
附图说明
图1是本发明的智能障碍物检测装置的结构示意图；
图2是本发明的智能障碍物检测装置的电路构成原理图；
图3是本发明的智能障碍物检测装置的实施例前视图结构框图；
图4是本发明的智能障碍物检测装置的实施例后视图结构框图；
图5是本发明的智能障碍物检测装置的实施例底部视图结构框图；
图6是本发明的智能障碍物检测装置的实施例侧视图结构框图；
图7是本发明的智能障碍物检测装置的实施例顶部视图结构框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，本发明的一种智能障碍物检测装置，其特征在于，其包括：电池盒1，超声波传感模块2、测距模块3及声光报警模块4、开关5，其中：
超声波传感模块2，用于发射、接收超声波信号；
测距模块3，用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离值后输出至声光报警模块4；
声光报警模块4，用于根据测距控制单元输出的量化距离值对声光报警模块4输出频率进行相应调整。
本发明装置采用超声波方式进行测距，其可以得到量化的距离值，与设定距离做比较后可发出声光报警。能够有效提醒骑乘儿童规避障碍物，提醒前方人员及时避让，防止碰撞发生。
本发明一个较佳实施例中，测距模块3包括超声波发射单元、超声波接收单元及信号控制与处理单元，超声波发射单元、超声波接收单元分别与信号控制与处理单元及超声波传感模块2相连。
本发明一个较佳实施例中，超声波发射单元包括相连的调制电路与振荡电路，调制电路连接信号控制与处理单元，振荡电路连接超声波传感模块2的超声波传感器。
本发明一个较佳实施例中，超声波接收单元包括依次相连的检波电路、滤波电路及放大电路，检波电路连接信号控制与处理单元，放大电路连接超声波传感模块2的超声波传感器。
作为一较佳实施例，参见图2所示为测距模块3一种实施例的电路构成原理框图，图3为智能障碍物检测装置的一种实施例结构框图，包括：电源模块、超声波发射单元、超声波接收单元、信号控制与处理单元及声光报警单元五个部分。其中，电源模块负责将接入的电源电压，转换为能保证系统可靠工作的电压，并给各个模块供给电能；信号控制与处理单元以单片机为核心，针对发射超声波产生固定40KHz的方波信号序列送至超声波发射单元；此外，对于超声波接收单元送来的超声波信号进行判别，并根据发射、接收时间差进行计算从而得出前方物体的量化距离值；信号控制与处理单元根据计算得到的距离值，调整控制声光报警模块4的报警频率及报警LED灯颜色。
而超声波发射单元则包括相连的调制电路与振荡电路，调制电路连接信号控制与处理单元，振荡电路连接超声波传感模块2的超声波传感器；超声波发射单元用于产生固定频率的超声波信号并输出至超声波传感器使其谐振。其主要承担将控制处理单元输出的方波信号进行差分换换、放大等处理并输出至传感器的工作。
超声波接收单元包括依次相连的检波电路、滤波电路及放大电路，其中检波电路连接信号控制与处理单元，放大电路连接超声波传感模块2的超声波传感器；用于接收超声波传感模块2的超声波传感器返回信号并对其进行放大、滤波、检波等处理后送到信号控制与处理单元。其承担的工作在于对接收到超声波传感器的信号进行放大、滤波、检波等处理后，形成方波信号输出至控制处理单元进行处理。
一种智能障碍物检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）超声波传感步骤，用于发射、接收超声波信号；
（2）超声波测距步骤，用于将接收的超声波信号转化为量化的距离值；
本步骤的超声波信号的距离值量化转化为常见的超声波方式，即:通过控制超声波传感器发出超声波，根据传感器接收到的超声波时间差，结合超声波在空气中的传输速度就可以计算出前方物体的距离值。
根据距离值对声光报警频率进行相应调整，直至距离值与预设的障碍物距离值相等则LED常亮红色，声音报警常响。
（3）距离值比较步骤，用于将量化得到的距离值与设定距离值进行比较；
（4）声音报警步骤，根据距离值比较步骤获得的结果，调整声音报警的频率，直至声音报警变为常响；
（5）报警指示灯步骤，根据距离值比较步骤的结果，调整报警指示灯闪烁的频率，直至距离值与预设的改变报警指示灯颜色距离指相等时，报警指示灯颜色改变，颜色改变后，闪烁频率变更为预设值。
本发明一个较佳实施例中，调整声音报警的频率为：量化的距离值越小声音报警器的发声频率越快。
本发明一个较佳实施例中，调整报警指示灯闪烁的频率为：量化的距离值越小报警指示灯闪烁的频率越快。
本发明一个较佳实施例中，指示灯颜色改变，是指指示灯报警颜色共有绿、黄、红三种颜色，绿色表示前方预设警告距离内无障碍物，黄色表示前方预设警告距离内存在障碍物，红色表示前方障碍物距离已达到预设报警距离内。
本发明一个较佳实施例中，超声波测距步骤包括以下步骤：
a)、控制超声波传感器发射固定频率的超声波信号；
b)、切换为接收状态，等待接收发射回来的超声波信号；
c)、对接收到的超声波信号进行包括滤波、放大等处理；
d)、根据儿童玩具车、自行车及电动车行驶环境温度对超声波在空气中的传输速度对距离值进行调整，由于超声波在不同温度空气中传播速度不同，因此为了进一步提高精度，有必要根据检测的环境温度情况，根据对照表将超声波在该温度下传播速度在求距离值时进行替换，从而使障碍物距离测量更准确；
e)、根据接收到的超声波信号与发射超声波信号的时间差和超声波在空气中的传播速度，计算出前方反射超声波物体的距离值。
最佳的所述超声波传感步骤中超声波以一定的角度超前方发射，其发射区域成锥形。因此该方法不仅可测量其正前方某一平面的障碍物，还能测量儿童玩具车、自行车及电动车前方区域内的障碍物，从而避免当障碍物在传感器上方或下方时无法检测到的情况。
作为一实施例，上述方法中行驶速度调整是根据障碍物距离值，判断距离值越小调整声光报警频率越快直至常响或常亮。即，当测量的距离值越小时，代表障碍物越近，声光报警的频率越高，当距离值小于预设最小障碍物距离时，声光报警的趋于常亮与常响。
根据实际需求，该调频方式还可采用预设多个障碍物距离值，测距同时判断是否达到预设的距离值，若达到预设的距离值，则依次根据预设逐级调整声光报警频率及报警灯光颜色。例如:预设3个报警距离，分别为0.5米、1.2米、1.9米，当测量到的实际障碍物距离大于1.9米时，LED灯绿灯闪烁，闪烁频率为2秒/次，无声音报警；当测量到的实际障碍物距离小于1.9米，大于等于1.2米时，LED灯变更为黄灯闪烁，随距离值减小闪烁频率从2秒/次逐渐降低至50毫秒/次 ，声音报警开始工作，随距离值减小报警频率从2秒/次逐渐降低至1秒每次；当测量到的实际障碍物距离小于1.2米，大于等于0.5米时，LED灯变更为红灯闪烁，随距离值减小闪烁频率从2秒/次逐渐降低至50毫秒/次 ，声音报警开始工作，随距离值减小报警频率从1秒/次逐渐降低至50毫秒每次。
本发明提供了一种儿童玩具车、自行车及电动车的智能障碍物检测装置及其检测方法，检测装置采用超声波方式进行测距，其可以得到量化的距离值，与设定距离做比较后可发出声光报警。能够有效提醒骑乘儿童规避障碍物，提醒前方人员及时避让，防止碰撞发生。
本发明采用超声波测距方法进行障碍物距离计算，其可以得到量化的距离值，进而将该量化的距离值与预设的障碍物距离值作比较，并以此结果作为对声光报警频率进行调速控制的参考。填补了儿童玩具车、自行车及电动车无障碍物检测设备的空白。
以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种智能障碍物检测装置，其特征在于，其包括：超声波传感模块、测距模块及声光报警模块，其中：
所述超声波传感模块，用于发射、接收超声波信号；
所述测距模块，用于对超声波信号进行处理转化为量化的距离值后输出至声光报警模块4；
所述声光报警模块，用于根据测距控制单元输出的量化距离值对声光报警模块输出频率进行相应调整。
2.根据权利要求1所述的一种智能障碍物检测装置，其特征在于：所述测距模块包括超声波发射单元、超声波接收单元及信号控制与处理单元，所述超声波发射单元、超声波接收单元分别与所述信号控制与处理单元及所述超声波传感模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种智能障碍物检测装置，其特征在于：所述超声波发射单元包括相连的调制电路与振荡电路，所述调制电路连接信号控制与处理单元，所述振荡电路连接超声波传感模块的超声波传感器。
4.根据权利要求2所述的一种智能障碍物检测装置，其特征在于：所述超声波接收单元包括依次相连的检波电路、滤波电路及放大电路，所述检波电路连接信号控制与处理单元，所述放大电路连接超声波传感模块的超声波传感器。
5.一种智能障碍物检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）超声波传感步骤，用于发射、接收超声波信号；
（2）超声波测距步骤，用于将接收的超声波信号转化为量化的距离值；
（3）距离值比较步骤，用于将量化得到的距离值与设定距离值进行比较；
（4）声音报警步骤，根据距离值比较步骤获得的结果，调整声音报警的频率，直至声音报警变为常响；
（5）报警指示灯步骤，根据距离值比较步骤的结果，调整报警指示灯闪烁的频率，直至距离值与预设的改变报警指示灯颜色距离指相等时，报警指示灯颜色改变，颜色改变后，闪烁频率变更为预设值。
6.根据权利要求5所述的一种智能障碍物检测方法，其特征在于：调整声音报警的频率为：量化的距离值越小声音报警器的发声频率越快。
7.根据权利要求5所述的一种智能障碍物检测方法，其特征在于：调整报警指示灯闪烁的频率为：量化的距离值越小报警指示灯闪烁的频率越快。
8.根据权利要求5所述的一种智能障碍物检测方法，其特征在于：指示灯颜色改变，是指指示灯报警颜色共有绿、黄、红三种颜色，绿色表示前方预设警告距离内无障碍物，黄色表示前方预设警告距离内存在障碍物，红色表示前方障碍物距离已达到预设报警距离内。
9.根据权利要求5所述的一种智能障碍物检测方法，其特征在于：所述超声波测距步骤包括以下步骤：
（1）控制超声波传感器发射固定频率的超声波信号；切换为接收状态，等待接收发射回来的超声波信号；
（2）对接收到的超声波信号进行包括滤波、放大处理；
（3）根据室温对超声波在空气中的传输速度对距离值进行调整；
（4）根据接收到的超声波信号与发射超声波信号的时间差和超声波在空气中的传播速度，计算出前方反射超声波物体的距离值。
10.根据权利要求9所述的一种智能障碍物检测方法，其特征在于：所述超声波传感步骤中以锥形区域发射超声波信号。
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