CN106842213A - 一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法，用于散粮出仓设备对粮仓环境的监测、自主避障、危险信号报警、自主寻找作业点等问题的环境感知方法。本发明包括：微处理器、超声波测距模块组、金属探测模块组、声光报警模块和电源模块。超声波测距模块组与微处理器相连，用于辨别粮堆与墙壁，并测量设备到粮堆或墙壁的距离；金属探测模块组与微处理器相连，用于探测金属通风笼；声光报警模块与微处理器相连，当感知到设备近距离内存在通风笼时，采用声光报警方式通知用户，人工取走通风笼。

Description

一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法

技术领域

本发明涉及粮食流通领域，特别是涉及一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法。

背景技术

在粮食的储运过程中，粮食出仓是必不可少的流通环节。目前出仓设备包括扒谷机、吸粮机等，这些设备需要多个工作人员现场操作，设备作业效率低，出仓时间长，并且粮食在出仓过程中将不可避免产生大量粉尘，对工作人员的健康造成危害。无人操作的智能化散粮出仓设备能够自动避开粮仓内的障碍物，自主选择粮堆作业，作业过程不需工作人员在仓内参与。与传统出仓设备相比，智能化的散粮出仓设备能够显著地减少散粮出仓过程中的人工参与，降低人力成本，保护工人身体健康。

环境感知是智能化散粮出仓设备必备的首要功能。除粮堆外，粮仓内还存在墙壁和通风笼两种障碍物。通风笼是粮仓中必备的通风设备，它采用金属材料制造，铺设在粮仓地表，可使空气流均匀进入粮堆，有效地对粮食实施降温、降水、药剂熏蒸、气调、调质、排除残毒、异味等多向作业。散粮出仓设备周围环境感知，就是指精确感知设备周围通风笼、墙壁和粮堆的位置。研究散粮出仓设备周围环境感知方法和技术，对于智能化的散粮出仓设备的实现具有实际意义。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种粮食出仓设备的周围环境感知方法。该方法能够有效识别粮堆、墙壁和通风笼，并计算出上述物体与设备的距离。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，包括微处理器、超声波测距模块组、声光报警模块、电源模块，其中，

电源模块分别与微处理器通过接口电路相连接，用于给微处理器进行上电初始化，进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作；

所述超声波测距模块组固定设置在散粮出仓设备的喂料斗处，所述超声波测距模块组由多组超声波测距模块构成，每组所述超声波测距模块包含垂直分布的上下两个超声波测距传感器，用于测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器；

所述微处理器通过分别与超声波测距模块组和声光报警模块相连接，用于接收超声波测距模块发送的测量距离，根据所述测量距离和同组的上下两个超声波测距传感器的高度差，计算被测面倾角θ，并判断被测物体类型；所述微处理器根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块和所述散粮出仓设备发送相应的控制信号；

优选的，所述超声波测距模块组包括：第一至第三超声波测距模块组，分布在散粮出仓设备的喂料斗的前、左、右三个侧面；每个侧面设置一组超声波测距模块。

进一步，所述微处理器计算被测面倾角θ，包括：

计算下式

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

优选的，所述用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，还包括：金属探测模块组，包括分布在所述喂料斗左前侧和右前侧的两组金属探测模块，每组金属探测模块包含一个金属传感器，用于检测粮堆中是否设有通风笼，检测到通风笼时，发送检测信号并通过IO接口输入至微处理器；微处理器触发声光报警模块发出警报。

进一步，当被测面倾角θ接近90°，所述微处理器判断所述被测物体为墙壁，向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进；

当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，所述微处理器判断所述被测物体为粮堆，向所述散粮出仓设备发出前进控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述前进控制信号时，继续前进工作；

当检测到通风笼时，所述微处理器判断向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进直至所述通风笼被人工取走，所述金属探测模块组不再检测到所述通风笼时，由所述微处理器控制所述散粮出仓设备继续前进工作。

其中，当满足以下两个条件之一时，所述微处理器控制所述声光报警模块4发出警报：

(1)所述微处理器判断所述被测物体为墙壁；

(2)所述金属探测模块组检测到通风笼。

本发明还包括一种用于散粮出仓设备的周围环境感知方法；具体包括以下步骤：

步骤S1、电源模块接入市电给微处理器进行上电初始化；进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作。

步骤S2、利用所述超声波测距模块组测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器，所述超声波测距模块组由多组超声波测距模块构成，每组所述超声波测距模块包含垂直分布的上下两个超声波测距传感器；

步骤S3、所述微处理器根据所述测量距离和同组上下两个超声波测距传感器的高度差计算被测面倾角θ，判断被测物体类型；所述微处理器根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块和所述散粮出仓设备发送相应的控制信号；

步骤S4、声光报警模块接收微处理器发送的控制信号，发出警报。

优选的，步骤S2中所述超声波测距模块组包括：第一至第三超声波测距模块，分布在散粮出仓设备的喂料斗的前、左、右三个侧面；每个侧面设置一组超声波测距模块。

进一步，步骤S3中计算倾角θ的方法具体为根据下述公式进行计算

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

优选的，步骤S1之后，还包括如下步骤：

利用金属探测模块组对障碍物进行探测，所述金属探测模块组，每组金属探测模块包含一个金属传感器，当金属探测模块检测到金属存在，发送检测信号并通过IO接口输入至微处理器；微处理器触发声光报警模块发送警报。

进一步，步骤S3中：

当被测面倾角θ接近90°，所述微处理器判断所述被测物体为墙壁，向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进；

当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，所述微处理器判断所述被测物体为粮堆，向所述散粮出仓设备发出前进控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述前进控制信号时，继续前进工作；

当检测到通风笼时，所述微处理器判断向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进直至所述通风笼被人工取走，所述金属探测模块组不再检测到所述通风笼时，由所述微处理器控制所述散粮出仓设备继续前进工作。

其中，当满足以下两个条件之一时，所述微处理器控制所述声光报警模块发出警报：

(1)所述微处理器判断所述被测物体为墙壁；

(2)所述金属探测模块组检测到通风笼。

根据本发明实施例的提供的一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统和方法，相比于现有技术至少存在以下优点：

1、利用超声波测距能够精确感知粮堆、墙壁存在和距离，为散粮出仓设备的自主避障和作业提供前提。

2、利用金属探测模块能够精准的发现金属通风笼，避免散粮出仓设备受到损坏。

3、微处理器根据超声波测距模块和金属探测模块的反馈信息能直接发出控制信号，自动控制散粮出仓设备的停止转向和前进，避免了人工移动，节省时间，提高效率。

4、通过在喂料斗的前左右三个侧面分别设置超声波测距模块，扩大了测量的范围，便于发现粮堆。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法的框架图；

图2为本发明一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法实施例的超声波测距模块和金属探测模块的安装位置示意图；

图3为本发明一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统与方法的墙壁、粮堆检测原理；

图4为电源模块结构框图；

图5为本发明一种用于散粮出仓设备的周围环境感知方法的流程图。

附图标记：

1、微处理器， 2、超声波测距模块组， 3、金属探测模块组，

4、声光报警模块， 5、电源模块， 6、正前方超声波测距模块组，

7、左超声波测距模块组， 8、右超声波测距模块组， 9、左侧金属探测模块，

10、右侧金属探测模块， 11、上超声波测距传感器， 12、下超声波测距传感器，

13、电源输入电路， 14、调压电路, 15、电源电压检测电路，

16、散粮出仓设备， 17、喂料斗。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，包括微处理器1、超声波测距模块组2、声光报警模块4、电源模块5。

具体来说，电源模块5分别与微处理器1通过接口电路相连接，用于给微处理器1进行上电初始化，进而由微处理器1向超声波测距模块组2、声光报警模块4进行供电，以驱动其工作。如图4所示，电源模块5包括电源输入电路13、电源电压检测电路15和调压电路14；电源输入电路13与电源电压检测电路15和调压电路14的输入端相连，电源电压检测电路15和调压电路14的输出端通过接口电路与微处理器1相连。

电源输入电路13为系统各部分供电；电源电压检测电路15对电源电量进行检测；调压电路14负责将电压调节至各个芯片需要的工作电压。

超声波测距模块组2固定设置在散粮出仓设备16的喂料斗17处，超声波测距模块组2由多组超声波测距模块构成。如图3所示，每组超声波测距模块包含垂直分布的上超声波测距传感器11和下超声波测距传感器12，用于测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器1。

超声波测距传感器测距原理：超声波测距传感器内部设置超声波发射器和超声波接收器和计时器，通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻同时开始计时，超声波在空气中遇到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就停止计时超声波在空气中的传播速度为v,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t,就可以计算出发射点距障碍物的距离s＝v×Δt/2

墙壁是垂直的，粮堆由于粮食自流，将会形成一个斜面，通过上下两个超声波传感器的测量结果，以及两个传感器的高度差，能够计算出被测量面的倾角，从而判断被测量物体的类型。

微处理器1具备数据采集、处理、计算、指令下发功能，分别与超声波测距模块组2和声光报警模块4相连接，用于接收超声波测距模块组2发送的测量距离，根据测量距离和同组的上下两个超声波测距传感器的高度差，计算被测面倾角θ。其中，被测面倾角θ为被测物体与水平面的夹角。进而，由微处理器1根据该被测面倾角θ判断被测物体类型。微处理器1根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块4和散粮出仓设备16发送相应的控制信号。

声光报警模块4通过接口电路与微处理器1相连接，用于接收微处理器1发送的控制信号，发出警报。声光报警模块4，包括LED灯报警和蜂鸣器。可同时使用亮灯和蜂鸣两种方式通知工作人员。

在本发明的一个实施例中，超声波测距模块组2包括但不限于三组超声波测距模块组。具体地，超声波测距模块组2至少包括三组超声波测距模块组，以检测散粮出仓设备的前、左、右三个主要方向上的障碍物。其中正前方超声波测距模块组测量得数据优先被微处理器处理，具体实施过程参考实施例2需要说明的是，超声波测距模块组的数量越多，对障碍物的检测范围越广，检测精度越高。

优选的，超声波测距模块组2包括三组超声波测距模块组。

如图1-2所示，设有第一至第三超声波测距模块组，分别为分布在散粮出仓设备的喂料斗17前侧的正前方超声波测距模块组6、喂料斗17左侧的左超声波测距模块组7、喂料斗17右侧的右超声波测距模块组8。

如图3所示，以下以一实施例说明被测面倾角θ的计算原理，

实施例1，根据前述测量距离所做计算包括当不限于本计算原理

微处理器1计算被测面倾角θ，包括：计算下式

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

由本领域技术人员公知的经验可知，粮食的静止角是指粮食由高点落下，自然形成圆锥体的斜面与底面水平线之间的夹角。不同种类的粮食的静止角范围不同，例如稻谷的静止角为37°～45°，大豆的静止角为24°～32°，玉米的静止角为30°～40°。

需要说明的是，粮食的静止角根据粮食的类型而具有不同的角度，上述示例仅是出于示例的目的，其他类型可由本领域技术人员经验值和测量值获取，在此不再赘述。

以下再以一实施例说明粮食种类、超声波测距模块组2数量与微处理器1的关系

实施例2由于不同种类的粮食的静止角范围不同，超声波测距模块组2可以根据粮仓储存粮食种类的数量设置，微处理器1以一定频率侦测超声波测距模块组2测量与被测物体的测量距离，进行计算判断所属粮食种类，计算所得的当被测面倾角落入所属粮食种类的粮食静止角范围时，通过预设的粮食种类优先级，判断是否收取，进而规划路径，从而控制散粮出仓设备16转向或前进或后退。

具体为，当散粮出仓设备16移动到被测物体时，正前方超声波测距模块组6的测量数据优先被微处理器1执行、当正前方超声波测距模块组6探测的数据符合当前所收粮食种类的数据时，散粮出仓设备16不再执行转向命令，当正前方超声波测距模块组6探测的数据不符合当前所收粮食种类的数据时，根据用户设定可以优先执行左侧超声波测距模块7或右侧超声波测距模块8，从而控制散粮出仓设备向相应方向转向。

本发明提出的一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统还包括：金属探测模块组3，包括分布在喂料斗17左前侧的两组左侧金属探测模块9和喂料斗17右前侧的右侧金属探测模块10，每组金属探测模块包含一个金属传感器，用于检测粮堆中是否设有通风笼，金属探测模块能够检测模块一定范围内(与选用的金属传感器型号相关)是否有金属存在，并将检测结果通过IO接口输入微处理器。利用该原理，金属探测模块能够检测金属通风笼，为实现检测目的，金属探测模块安装时，离地高度应低于通风笼的高度。

由于金属传感器大多采用电涡流效应进行检测，不同的型号的金属传感器由于其内部电路不同，所感测周围环境的距离也不尽相同，一般来说当粮仓面积比较大时选取能够感测较大范围灵敏度较高的金属传感器，当粮仓面积较小时选取能够感测范围小灵敏度高的的金属传感器即可

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明：

实施例3，当被测面倾角θ接近90°，微处理器1判断被测物体为墙壁，此时微处理器1向散粮出仓设备16发出停止控制信号，散粮出仓设备16在接收到停止控制信号时，停止前进；同时微处理器1控制声光报警模块4发出警报，此时可以实行两种方案继续工作

方案1，工作人员听到警报后手动控制散粮出仓设备16进行转向，移动到另一处粮堆继续进行工作。

方案2、声光报警模块4发出警报后，警报时间持续到预设时间，随即停止警报，微处理器1控制散粮出仓设备后退，参照实施例2中所提到的方案，由左侧由左超声波测距模块组7和右超声波测距模块组8继续探测附近被测物体，测量与被测物体的测量距离，进行计算，判断所属粮食种类，计算所得的被测面倾角落入所属粮食种类的粮食静止角范围时，且为当前执行的被收取的粮食种类时，微处理器1控制散粮出仓设备16进行转向，转向后正前方超声波测距模块6探测的数据符合所属粮食种类的数据，此时散粮出仓设备向被测物体移动，继续进行工作。

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明，

实施例4，当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，微处理器判断被测物体为粮堆，向散粮出仓设备16发出前进控制信号，具体参照实施例2中所提到的方案散粮出仓设备16在接收到前进控制信号时，继续前进工作；

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明，

实施例5，当检测到通风笼时，微处理器1控制声光报警模块发出警报，微处理器1判断向散粮出仓设备16发出停止控制信号，散粮出仓设备16在接收到停止控制信号时，停止前进直至通风笼被人工取走，金属探测模块组3不再检测到通风笼时，由微处理器1控制散粮出仓设备16继续前进工作。

上述实施例中，微处理器1可采用MSP430F5325芯片，该芯片是一款超低功耗高性能微处理器1。超声波测距模块组2中的超声波测距传感器可采用深圳市导向机电技术有限公司生产的KS103型传感器。金属探测模块组3中的金属探测传感器可选用惠州福科机械设备有限公司生产的电感式接近开关，感应距离可达50mm。声光报警模块4可采用蜂鸣器和LED指示灯进行报警。电源模块5可选用24V DC输入；可选用MSP430F5325芯片实现电源电压检测电路15；采用LM2676实现调压。

如图5所示，一种用于散粮出仓设备的周围环境感知方法；包括以下步骤：

步骤S1、电源模块接入市电给微处理器进行上电初始化进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作；

电源模块分别与微处理器通过接口电路相连接，用于给微处理器进行上电初始化，进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作。如图4所示，电源模块包括电源输入电路、电源电压检测电路和调压电路；电源输入电路与电源电压检测电路和调压电路的输入端相连，电源电压检测电路和调压电路的输出端通过接口电路与微处理器1相连，电源输入电路为系统各部分供电；电源电压检测电路对电源电量进行检测；调压电路负责将电压调节至各个芯片需要的工作电压。

步骤S2、利用超声波测距模块组测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器，超声波测距模块组由多组超声波测距模块构成，每组超声波测距模块包含垂直分布的上下两个超声波测距传感器；

超声波测距传感器测距原理：超声波测距传感器内部设置超声波发射器和超声波接收器和计时器，通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻同时开始计时，超声波在空气中遇到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就停止计时超声波在空气中的传播速度为v,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t,就可以计算出发射点距障碍物的距离s＝v×Δt/2

墙壁是垂直的，粮面由于粮食自流，将会形成一个斜面，通过上下两个超声波传感器的测量结果，以及两个传感器的高度差，能够计算出被测量面的倾角，从而判断被测量物体的类型。

步骤S3、微处理器微处理器1具备数据采集、处理、计算、指令下发功能，根据测量距离和同组上下两个超声波测距传感器的高度差计算被测面倾角θ，被测面倾角θ为被测物体与水平面的夹角，判断被测物体类型；微处理器根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块和散粮出仓设备发送相应的控制信号；

步骤S4、声光报警模块接收微处理器发送的控制信号，发出警报。声光报警模块，包括LED灯报警和蜂鸣器。可同时使用亮灯和蜂鸣两种方式通知工作人员。

步骤S2中超声波测距模块组包括：包括但不限于三组超声波测距模块组，

在本发明的一个实施例中，超声波测距模块组包括但不限于三组超声波测距模块组。具体地，超声波测距模块组至少包括三组超声波测距模块组，以检测散粮出仓设备的前、左、右三个主要方向上的障碍物。其中正前方超声波测距模块组测量得数据优先被微处理器处理，具体实施过程参考下述实施例7，需要说明的是，超声波测距模块组的数量越多，对障碍物的检测范围越广，检测精度越高。

优选的，超声波测距模块组2包括三组超声波测距模块组。如图1-2所示设有第一至第三超声波测距模块组，分别为分布在散粮出仓设备的喂料斗前侧的正前方超声波测距模块组、喂料斗左侧的左超声波测距模块组、喂料斗右侧的右超声波测距模块组。

以下以一实施例说明被测面倾角θ的计算原理，

实施例6，根据前述测量距离所做计算包括当不限于本计算原理

微处理器计算被测面倾角θ，包括：根据下式进行计算

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

由本领域技术人员公知的经验可知，粮食的静止角是指粮食由高点落下，自然形成圆锥体的斜面与底面水平线之间的夹角。不同种类的粮食的静止角范围不同，例如稻谷的静止角为37°～45°，大豆的静止角为24°～32°，玉米的静止角为30°～40°。需要说明的是，粮食的静止角根据粮食的类型而具有不同的角度，上述示例仅是出于示例的目的，其他类型可由本领域技术人员经验值和测量值获取，在此不再赘述。

以下再以一实施例说明粮食种类、超声波测距模块组数量与微处理器的关系

实施例7，由于不同种类的粮食的静止角范围不同，超声波测距模块组可以根据粮仓储存粮食种类的数量设置，微处理器以一定频率侦测超声波测距模块组测量与被测物体的测量距离，进行计算判断所属粮食种类，计算所得的当被测面倾角落入所属粮食种类的粮食静止角范围时，通过预设的粮食种类优先级，判断是否收取，进而规划路径，从而控制散粮出仓设备转向或前进或后退。

具体为，当散粮出仓设备移动被测物体时，正前方超声波测距模块组的测量数据优先被微处理器执行、当正前方超声波测距模块组探测的数据符合当前所收粮食种类的数据时，散粮出仓设备不再执行转向命令，当正前方超声波测距模块组探测的数据不符合当前所收粮食种类的数据时，根据用户设定可以优先执行左侧超声波测距模块或右侧超声波测距模块，从而控制散粮出仓设备向相应方向转向。

如图5所示，步骤S1之后，还包括如下步骤：

利用金属探测模块组对障碍物进行探测，金属探测模块组，每组金属探测模块包含一个金属传感器，当金属探测模块检测到金属存在，发送检测信号并通过IO接口输入至微处理器；微处理器触发声光报警模块发送警报。金属探测模块能够检测模块一定范围内(与选用的金属传感器型号相关)是否有金属存在，并将检测结果通过IO接口输入微处理器。利用该原理，金属探测模块能够检测金属通风笼，为实现检测目的，金属探测模块安装时，离地高度应低于通风笼的高度。

由于金属传感器大多采用电涡流效应进行检测，不同的型号的金属传感器由于其内部电路不同，所感测周围环境的距离也不尽相同，一般来说当粮仓面积比较大时选取能够感测较大范围灵敏度高的金属传感器，当粮仓面积较小时选取能够感测范围小灵敏度高的的金属传感器即可。

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明：

实施例8，步骤S3中：

当被测面倾角θ接近90°，微处理器判断被测物体为墙壁，此时微处理器向散粮出仓设备发出停止控制信号，散粮出仓设备在接收到停止控制信号时，停止前进；同时微处理器控制声光报警模块发出警报，此时可以实行两种方案继续工作

方案1，工作人员听到警报后手动控制散粮出仓设备进行转向，移动到另一处粮堆继续进行工作。

方案2、声光报警模块发出警报后，警报时间持续到预设时间，随即停止警报，微处理器控制散粮出仓设备后退，参照实施例2中所提到的方案，由左侧由左超声波测距模块组和右超声波测距模块组继续探测附近粮堆，测量与被测物体的测量距离，进行计算，判断所属粮食种类，计算所得的被测面倾角落入所属粮食种类的粮食静止角范围时，微处理器控制散粮出仓设备进行转向，转向后正前方超声波测距模块探测的数据符合所属粮食种类的数据，此时散粮出仓机向被测物体移动，继续进行工作。

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明，

实施例9，当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，微处理器判断被测物体为粮堆，向散粮出仓设备发出前进控制信号，具体参照实施例中所提到的方案散粮出仓设备在接收到前进控制信号时，继续前进工作；

以下再以一个实施例对微控制器所发出的控制信号的一种情况进行说明，

实施例10，当检测到通风笼时，微处理器控制声光报警模块发出警报，微处理器判断向散粮出仓设备发出停止控制信号，散粮出仓设备在接收到停止控制信号时，停止前进直至通风笼被人工取走，金属探测模块组不再检测到通风笼时，由微处理器控制散粮出仓设备继续前进工作。

其中，当满足以下两个条件之一时，微处理器控制声光报警模块发出警报：

(1)微处理器判断被测物体为墙壁；

(2)金属探测模块组检测到通风笼。

其中在步骤S2和S5之间没有固定的先后顺序，探测被测物体和探测通风笼可以同时进行本发明方案的实施例中仅为了表述方便对各步骤进行了编号，但本发明并不限于上述顺序，其他顺序组合也属于本申请的保护范围内。

上述实施例中，微处理器可采用MSP430F5325芯片，该芯片是一款超低功耗高性能微处理器。超声波测距模块组中的超声波测距传感器可采用深圳市导向机电技术有限公司生产的KS103型传感器。金属探测传感器可选用惠州福科机械设备有限公司生产的电感式接近开关，感应距离可达50mm。声光报警模块可采用蜂鸣器和LED指示灯进行报警。电源模块可选用24V DC输入；可选用MSP430F5325芯片实现电源电压检测；采用LM2676实现调压。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，其特征在于：包括微处理器、超声波测距模块组、声光报警模块、电源模块，其中，

电源模块分别与微处理器通过接口电路相连接，用于给微处理器进行上电初始化，进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作；

所述超声波测距模块组固定设置在散粮出仓设备的喂料斗处，所述超声波测距模块组由多组超声波测距模块构成，每组所述超声波测距模块包含垂直分布的上下两个超声波测距传感器，用于测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器；

所述微处理器通过分别与超声波测距模块组和声光报警模块相连接，用于接收超声波测距模块发送的测量距离，根据所述测量距离和同组的上下两个超声波测距传感器的高度差，计算被测面倾角θ，θ为被测物体与水平面的夹角；并判断被测物体类型；所述微处理器根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块和所述散粮出仓设备发送相应的控制信号；

所述声光报警模块通过接口电路与微处理器相连接，用于接收微处理器发送的控制信号，发出警报。

2.根据权利要求1所述一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，其特征在于：所述超声波测距模块组包括：第一至第三超声波测距模块组，分布在散粮出仓设备的喂料斗的前、左、右三个侧面；每个侧面设置一组超声波测距模块。

3.根据权利要求2所述一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，其特征在于：所述微处理器计算被测面倾角θ，包括：

计算下式

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{h}{s_1-s_2};$

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

4.根据权利要求3所述一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，其特征在于：还包括：金属探测模块组，包括分布在所述喂料斗左前侧和右前侧的两组金属探测模块，每组金属探测模块包含一个金属传感器，用于检测粮堆中是否设有通风笼，检测到通风笼时，发送检测信号并通过IO接口输入至微处理器；微处理器触发声光报警模块发出警报。

5.根据权利要求1或4所述一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，其特征在于：当被测面倾角θ接近90°，所述微处理器判断所述被测物体为墙壁，向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进；

当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，所述微处理器判断所述被测物体为粮堆，向所述散粮出仓设备发出前进控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述前进控制信号时，继续前进工作；

当检测到通风笼时，所述微处理器判断向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进直至所述通风笼被人工取走，所述金属探测模块组不再检测到所述通风笼时，由所述微处理器控制所述散粮出仓设备继续前进工作；

其中，当满足以下两个条件之一时，所述微处理器控制所述声光报警模块发出警报：

(1)所述微处理器判断所述被测物体为墙壁；

(2)所述金属探测模块组检测到通风笼。

6.一种用于散粮出仓设备的周围环境感知方法；其特征在于：应用于上述权利要求1-5中任一项所述的一种用于散粮出仓设备的周围环境感知系统，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、电源模块接入市电给微处理器进行上电初始化进而由微处理器向超声波测距模块组、声光报警模块进行供电，以驱动其工作；

步骤S2、利用所述超声波测距模块组测量喂料斗与周围环境中的被测物体的距离，并发送测量距离给微处理器，所述超声波测距模块组由多组超声波测距模块构成，每组所述超声波测距模块包含垂直分布的上下两个超声波测距传感器；

步骤S3、所述微处理器根据所述测量距离和同组上下两个超声波测距传感器的高度差计算被测面倾角θ，判断被测物体类型；所述微处理器根据判断得出的被测物体的类型向声光报警模块和所述散粮出仓设备发送相应的控制信号；

步骤S4、声光报警模块接收微处理器发送的控制信号，发出警报。

7.根据权利要求6所述一种散粮出仓设备周围环境感知方法；其特征在于：

步骤S2中所述超声波测距模块组包括：第一至第三超声波测距模块，分布在散粮出仓设备的喂料斗的前、左、右三个侧面；每个侧面设置一组超声波测距模块。

8.根据权利要求6所述一种散粮出仓设备周围环境感知方法；其特征在于：步骤S3中计算倾角θ的方法具体为根据下述公式进行计算

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{h}{s_1-s_2};$

其中，s₁为同组上方超声波测距传感器测量到的障碍物的距离，s₂为同组下方的传感器测量到的距离，h为同组两个传感器之间的高度差，θ为被测物体与水平面的夹角，即所述被测面倾角。

9.根据权利要求6所述一种散粮出仓设备周围环境感知方法；其特征在于：步骤S1之后，还包括如下步骤S5：

利用金属探测模块组对障碍物进行探测，所述金属探测模块组，每组金属探测模块包含一个金属传感器，当金属探测模块检测到金属存在，发送检测信号并通过IO接口输入至微处理器；微处理器触发声光报警模块发送警报。

10.根据权利要求6或9所述一种散粮出仓设备周围环境感知方法；其特征在于：步骤S3中：

当被测面倾角θ接近90°，所述微处理器判断所述被测物体为墙壁，向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进；

当被测面倾角θ位于预设粮食静止角范围时，所述微处理器判断所述被测物体为粮堆，向所述散粮出仓设备发出前进控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述前进控制信号时，继续前进工作；

当检测到通风笼时，所述微处理器判断向所述散粮出仓设备发出停止控制信号，所述散粮出仓设备在接收到所述停止控制信号时，停止前进直至所述通风笼被人工取走，所述金属探测模块组不再检测到所述通风笼时，由所述微处理器控制所述散粮出仓设备继续前进工作；

其中，当满足以下两个条件之一时，所述微处理器控制所述声光报警模块发出警报：

(1)所述微处理器判断所述被测物体为墙壁；

(2)所述金属探测模块组检测到通风笼。