CN107167793A - 一种基于激光对射探测器阵列的定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，涉及物联网应用领域。环境中布设的传感器及其阵列包含多个由发射端和接收端组成的激光对射探测器，多个激光对射探测器的发射端和接收端间隔相等距离正对面放置，多个激光对射探测器按照横纵两个方向布设，形成探测器网络；环境中布设的传感器及其阵列中，激光对射探测器的接收端均与信号采集电路连接，信号采集电路通过SPI串行接口与微处理器电路连接；所述人机接口电路包含相互连接的PC电脑和RS485接口芯片，且微处理器电路通过RS485接口芯片与PC电脑连接。该系统不需要被定位人或物持有某种定位设备，是一种主动式的定位技术。并且激光具有高可靠性、抗干扰特点。
Description
技术领域
本发明涉及物联网应用领域，具体涉及一种基于激光对射探测器阵列的定位系统。
背景技术
定位技术是大型公共场合室内外空间智能安防、智能家居、智能社区等物联网系统应用的基础，具有非常广阔的应用前景。
目前常见的特定区域内的定位技术主要基于蓝牙、WLAN、超声波、GPS系统等，这些技术的一个共同特点是需要具有信号源和信号接收器。同时这些定位技术都需要被定位人或物持有某种定位设备，因此是被动式的定位技术。要在这样的定位系统中获得与定位相关的服务就要时刻携带定位设备，这适合于大型公共场合中基于手机等手持设备的室内导航，但对于物联网系统的某些应用而言便利性不足，而且对于智能安防而言难以实现对防控对象的发现和定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要被定位人或物持有某种定位设备的基于激光对射探测器阵列的定位系统。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，它包含环境中布设的传感器及其阵列、信号采集电路、微处理器电路和人机接口电路，其中，所述环境中布设的传感器及其阵列包含多个由发射端和接收端组成的激光对射探测器，多个激光对射探测器的发射端和接收端间隔相等距离正对面放置，多个激光对射探测器按照横纵两个方向布设，形成探测器网络；环境中布设的传感器及其阵列中，激光对射探测器的接收端均与信号采集电路连接，信号采集电路通过SPI串行接口与微处理器电路连接；所述人机接口电路包含相互连接的PC电脑和RS485接口芯片，且微处理器电路通过RS485接口芯片与PC电脑连接，实现RS485通信接口功能电路，与PC端进行数据交互通信。
作为本发明的进一步改进；所述的激光对射探测器的布设间隔为1-20cm，且安装高度为离地0.4-0.6m。
作为本发明的进一步改进；所述的激光对射探测器接收端能收到发送端的激光射束为正常状态，而当发生人体遮挡入侵时，发射端发射的激光射束被遮挡，即接收端光电管接收不到激光，从而输出相应的报警电信号，此信号为无源开关量信号，该信号可被采集电路接收；采集电路采集阵列中所有激光对射探测器输出端输出的0/1开关量信号，并将该信号输出至微处理器电路；由于探测器网络中激光对射探测器数量较多，并且，根据实际布设区域大小和测量精度情况来说，区域越大，需布设的传感器越多；精度要求越高，需布设的传感器间隔越小，数量也越多，因此，当激光对射探测器数量较多的情况下，为减轻微处理器电路IO口数量资源的负担，信号采集电路中包含并串转换功能电路，每个并串转换电路将32路开关信号值采集后转换成SPI串行接口协议方式输出，且并串转换功能电路芯片采用GM8166。
本发明将多个激光对射探测器分纵横两个方向布置在待定位的室内或室外区域边缘，构成激光对射探测器网络覆盖；由横纵各一个对射方向相互垂直的传感器对射交叉生成的定位点作为整个区域坐标系的参考零点；一信号采集电路接收所有激光对射探测器接收端的输出信号值并送至微处理器电路，微处理器电路根据设定的激光对射探测器阵列的横线和纵线数量、相邻横线、纵线的间隔距离、定位坐标系中参考零点，经计算生成被定位人或物的坐标系，进而实现在区域内的准确定位。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
该系统不需要被定位人或物持有某种定位设备，是一种主动式的定位技术。并且激光具有高可靠性、抗干扰特点，不仅可以应用到民用建筑室内外广场、庭院等区域，还可以应用到各种复杂环境中，包括变电站、机场等野外强磁场环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的实施例的原理框图；
图2为本发明所提供的实施例中微处理器电路与信号采集电路通讯的原理框图；
图3为本发明所提供的实施例中人机接口电路与微处理器电路通讯的原理框图；
附图标记：
1-环境中布设的传感器及其阵列；2-信号采集电路；3-微处理器电路；4-人机接口电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，它包含环境中布设的传感器及其阵列1、信号采集电路2、微处理器电路3和人机接口电路4，其中，所述环境中布设的传感器及其阵列1包含多个由发射端T和接收端R组成的激光对射探测器，多个激光对射探测器的发射端T和接收端R间隔相等距离正对面放置，多个激光对射探测器按照横纵两个方向布设，形成探测器网络；环境中布设的传感器及其阵列1中，激光对射探测器的接收端R均与信号采集电路2连接，信号采集电路2通过SPI串行接口与微处理器电路3连接；所述人机接口电路4包含相互连接的PC电脑和RS485接口芯片，且微处理器电路3通过RS485接口芯片与PC电脑连接，实现RS485通信接口功能电路，与PC端进行数据交互通信。
本发明的原理为：
激光对射探测器由发射端T和接收端R二部分组成，安装时发射端T和接收端R间隔一定相等距离正对面放置。本实施例中，根据需要将多个激光对射探测器按照横纵两个方向布设，形成探测器网络。系统中横纵相邻传感器间布设的间隔以能覆盖到人体站立式不同角度的遮挡为宜，以人体厚度为20em计算，则布设间隔应小于20em，布设间隔越小，则定位越准确。由于激光扩散角度小，对射距离较长，所以发射端T可向安装在几米甚至于几百米远的接收端R发射激光线，但最远距离不能超出接收端正常可靠接收发射端T激光信号为宜。为便于探测人体，激光对射探测器安装高度为离地0.5米左右。
激光对射探测器工作原理为：激光对射探测器的发射端T向接收端R以808nm波长不可见光发出一束或多束光源，无遮挡情况下接收端正常接收时输出信号值0，一旦有人员或物体挡住了发射端T发出的任何一束或多束光线超过30ms时，接收端R立即输出信号值1，即报警信号，此信号为无源开关量信号，该信号可被信号采集电路2接收。信号采集电路2采集阵列中所有激光对射探测器输出端输出的0/1开关量信号，并将该信号输出至微处理器电路3。由于探测器网络中激光对射探测器数量较多，并且，根据实际布设区域大小和测量精度情况来说，区域越大，需布设的激光对射探测器越多；精度要求越高，需布设的传感器间隔越小，数量也越多。因此，当激光对射探测器数量较多的情况下，为减轻微处理器电路3IO口数量资源的负担，需增加并串转换功能芯片工作电路，如图2所示。每个并串转换电路将32路开关信号值采集后转换成SPI串行接口协议方式输出。本实施例中的并串转换功能电路芯片采用的是GM8166。
微处理器电路3与信号采集电路2进行通信，即通过SPI接口协议的方式，读取到每个并串转换电路采集到的各个激光对射探测器输出开关信号，从而得到所有激光对射探测器当前探测输出信号状态，分别检测出横向和纵向的哪个激光对射探测器发出了报警信号，得到该激光对射探测器所在的横向和纵向编号。以激光对射探测器布设形成矩形区域的左下角点为参考原点，进而根据纵横向激光对射探测器间隔等初始参数设置值，实现定位。并且，如果横向和纵向有相邻连续多个激光对射探测器发生报警时，会产生多个定位点，则这些激光对射探测器定位点会组成一个平面矩形图形，通过计算出此平面图形中心坐标点，进而实现定位。并且，如果横向或纵向有相邻连续多个激光对射探测器发生报警时，会也产生多个定位点，则这些激光对射探测器定位点会组成一个特定长度线段，通过计算出此线段中点，进而实现定位。
人机接口电路4由PC电脑及与微处理器电路3的通信硬件组成，如图3所示。在PC电脑实现包括定位结果展示和系统参数设定2个功能。定位结果信息可以通过定位系统的人机接口通信中进行取出数据；另外需要将系统初始布设时的一些参数录入系统，包含：布设的横向及纵向传感器数量、等距离布设的相邻激光对射探测器间距、每个激光对射探测器发射端T及接收端R间距。本系统中，人机接口电路4实现方法为：利用微处理器电路3的UART串口和RS485接口芯片(本实施例中采用SP3485驱动芯片)，实现RS485通信接口功能电路，与PC端进行数据交互通信。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，它包含环境中布设的传感器及其阵列、信号采集电路、微处理器电路和人机接口电路，其中，所述环境中布设的传感器及其阵列包含多个由发射端和接收端组成的激光对射探测器，多个激光对射探测器的发射端和接收端间隔相等距离正对面放置，多个激光对射探测器按照横纵两个方向布设，形成探测器网络；环境中布设的传感器及其阵列中，激光对射探测器的接收端均与信号采集电路连接，信号采集电路通过SPI串行接口与微处理器电路连接；所述人机接口电路包含相互连接的PC电脑和RS485接口芯片，且微处理器电路通过RS485接口芯片与PC电脑连接，实现RS485通信接口功能电路，与PC端进行数据交互通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，将多个激光对射探测器分纵横两个方向布置在待定位的室内或室外区域边缘，构成激光对射探测器网络覆盖；由横纵各一个对射方向相互垂直的传感器对射交叉生成的定位点作为整个区域坐标系的参考零点；一信号采集电路接收所有激光对射探测器接收端的输出信号值并送至微处理器电路，微处理器电路根据设定的激光对射探测器阵列的横线和纵线数量、相邻横线、纵线的间隔距离、定位坐标系中参考零点，经计算生成被定位人或物的坐标系，进而实现在区域内的准确定位。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，所述的激光对射探测器的布设间隔为1-20cm，且安装高度为离地0.4-0.6m。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，所述的激光对射探测器接收端能收到发送端的激光射束为正常状态，而当发生人体遮挡入侵时，发射端发射的激光射束被遮挡，即接收端光电管接收不到激光，从而输出相应的报警电信号，此信号为无源开关量信号，该信号可被采集电路接收；采集电路采集阵列中所有激光对射探测器输出端输出的0/1开关量信号，并将该信号输出至微处理器电路；由于探测器网络中激光对射探测器数量较多，并且，根据实际布设区域大小和测量精度情况来说，区域越大，需布设的传感器越多；精度要求越高，需布设的传感器间隔越小，数量也越多，因此，当激光对射探测器数量较多的情况下，为减轻微处理器电路IO口数量资源的负担，信号采集电路中包含并串转换功能电路，每个并串转换电路将32路开关信号值采集后转换成SPI串行接口协议方式输出，且并串转换功能电路芯片采用GM8166。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，所述的微处理器电路与信号采集电路进行通信，即通过SPI接口协议的方式，读取到每个并串转换电路采集到的各个激光对射探测器输出开关信号，从而得到所有激光对射探测器当前探测输出信号状态，分别检测出横向和纵向的哪个激光对射探测器发出了报警信号，得到该激光对射探测器所在的横向和纵向编号；以激光对射探测器布设形成矩形区域的左下角点为参考原点，进而根据纵横向激光对射探测器间隔等初始参数设置值，实现定位，并且，如果横向和纵向有相邻连续多个激光对射探测器发生报警时，会产生多个定位点，则这些激光对射探测器定位点会组成一个平面矩形图形，通过计算出此平面图形中心坐标点，进而实现定位；并且，如果横向或纵向有相邻连续多个激光对射探测器发生报警时，会也产生多个定位点，则这些激光对射探测器定位点会组成一个特定长度线段，通过计算出此线段中点，进而实现定位。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，在PC电脑实现包括定位结果展示和系统参数设定2个功能，定位结果信息可以通过定位系统的人机接口通信中进行取出数据；另外需要将系统初始布设时的参数录入系统，包含：布设的横向及纵向传感器数量、等距离布设的相邻激光对射探测器间距、每个激光对射探测器发射端及接收端间距。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，人机接口电路的实现方法为：利用微处理器电路的UART串口和RS485接口芯片实现RS485通信接口功能电路，与PC端进行数据交互通信。
8.根据权利要求7所述的一种基于激光对射探测器阵列的定位系统，其特征在于，所述的RS485接口芯片采用SP3485驱动芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170915 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |