CN107479105B - 一种基于LoRa的红外检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于LoRa的红外检测装置，包括：主控电路包括：主控制器、LoRa通信单元和红外驱动单元，主控制器与所述红外驱动单元和LoRa通信单元相连，红外驱动单元与每个红外检测管相连，主控电路向红外驱动单元发送控制指令，红外驱动单元根据控制指令驱动检测红外检测管的红外信号；主控电路将接收到的红外信号发送至LoRa通信单元，通过LoRa通信单元的LPWAN技术接入到物联网，通过LPWAN低功耗广域网进行无线通信，在接入到物联网后，由物联网上设备对检测到的红外信号进行分析，判断红外信号对应的检测物体类型。本发明将将传统的红外检测原理在结构上进行了改进，增加滤光片和聚焦透镜，主控制器对红外检测管驱动电路进行精密调制，功耗将至极低。

Description

一种基于LoRa的红外检测装置
技术领域
本发明涉及红外检测技术领域，特别涉及一种基于LoRa的红外检测装置。
背景技术
基于红外的检测原理的用途越来越广泛，比如红外遥控器、感应人体、接近传感、手势识别、红外计数等。红外感应的输出大多反映的是一个开关或者有无的信息，在传统的设备中，开关和有无就直接对接了执行机构，比如红外感应水龙头。
在物联网时代，红外依然是传感节点重要组成，新的增课题是将传感结果上传。然而当前很多情况下，在做红外传感接入和数据传输时还有以下局限和不足：
(1)红外传感器调制单一，容易受到干扰；
(2)红外发射和接收的功耗很高，难以电池供电；
(3)感知的信号输出时，用有线连接部署不便。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于LoRa的红外检测装置。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于LoRa的红外检测装置，包括：主控电路、滤光片、多组聚焦透镜和红外检测管，其中，
所述主控电路包括：主控制器、LoRa通信单元和红外驱动单元，所述主控制器与所述红外驱动单元和所述LoRa通信单元相连，所述红外驱动单元与每个所述红外检测管相连，每个所述红外检测管与一个聚焦透镜对应，每个所述聚焦透镜与所述滤光片构成光学回路；所述主控电路向所述红外驱动单元发送控制指令，所述红外驱动单元根据所述控制指令驱动检测所述红外检测管的红外信号；所述主控电路将接收到的红外信号发送至LoRa通信单元，通过LoRa通信单元的LPWAN技术接入到物联网，通过LPWAN低功耗广域网进行无线通信，在接入到物联网后，由物联网上设备对检测到的红外信号进行分析，判断红外信号对应的检测物体类型。
在本发明的一个实施例中，所述红外驱动单元采用低压差快速快关电路。
在本发明的一个实施例中，所述主控制器采用MCU微控制器。
进一步，根据被测物体的穿过速度，设置所述红外检测管的发射接收周期。
进一步，在一个所述发射接收周期内，采用不高于预设比例的低占空比多队列脉冲，在接收端算法使用检波原理实现频率和占空比接收的一致保持。
进一步，所述预设比例为10％。
进一步，所述红外检测管的电源采用低电压供电，低电流脉冲，依据被测物体间距来调节电流，使用最低电流发射接收，结合在硬件结构上做到短焦距透镜发射角聚焦在15度之内，在接收端使用短焦距透镜将微弱的信号聚焦到红外检测管。
进一步，所述红外检测管采用红外增透带通镀膜图层，同时球面扩大接收角度，以确保信号接收质量。
根据本发明实施例的基于LoRa的红外检测装置，将传统的红外检测装置通过LoRa的LPWAN技术接入到物联网；将传统的红外检测原理在结构上进行了改进，增加滤光片和聚焦透镜，主控制器对红外检测管驱动电路进行精密调制，功耗将至极低，基于以上光学优化设计能够降低红外检测管的功率达到效果，整体功耗得以降低，使得红外检测更加精准可靠；在红外检测管的驱动设计上进行了算法的优化，进行调制确保低功率情况下也能精准的识别和判断信号；LoRa通信将本地计算的结果进行传输，对红外驱动的接口做到了无缝兼容，应对不同功率的红外检测场合做到可以灵活适配；基于LoRa的LPWAN通信，让红外检测装置作为物联网的节点接入，让传统的红外检测装置作为应用场景的触发通道。
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为根据本发明实施例的基于LoRa的红外检测装置的结构图。
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，本发明实施例的基于LoRa的红外检测装置，包括：主控电路、滤光片、多组聚焦透镜和红外检测管。
具体地，主控电路包括：主控制器、LoRa通信单元和红外驱动单元，主控制器与红外驱动单元和LoRa通信单元相连，红外驱动单元与每个红外检测管相连，每个红外检测管与一个聚焦透镜对应，每个聚焦透镜与滤光片构成光学回路。
具体地，本发明从光学通路上设计了滤光片和聚焦透镜，红外检测装置的采集端进行滤光片以及聚焦透镜的光学处理，减少外界光纤的干扰，以及能够在较小的红外功率下聚焦完整的调制波形，更加精准的通信得到保障，使得采集检测更加精准可靠。
传统对射式红外接收是一致保持连续开启检测状态。同样，发射端的红外管也是一直保持连续发射状态，这样对于无功耗要求的场合是允许的，且由于是连续发射红外线，检测时被遮断的效果也是比较明显。本发明提及的算法改进首先在于将连续发射和接收的机制进行重新设定，使用调制信号实现周期性的检测，周期的确定取决于被测计数物体的穿过速度，如客流自然穿过时间在100ms-150ms，那么设定红外发射接收的周期为10ms-15ms，确保能够精确采样到穿过的物体。而这种依据不同穿过物体速度的场合下，发明具备周期参数可设定的功能，用户可以通过设定“高速”或者“低速”的模式来适应不同的计数场合。
本发明在降低功耗方面在红外发射周期内采用“低占空比+多队列脉冲”方式，即，在一个发射周期内也不是一直连续的发射和接收状态。本发明算法上使用不高于10％的低占空比多队列脉冲，在接收端算法使用检波原理实现频率和占空比接收的一致保持。例如，在一个10ms的发射接收周期内，发射端采用10个以内占空比为10％的调制波形，接收端在做同步的检波，在特定周期内的前3-4个检波时间内用于识别是否作为有效信号。这样，保持了发射和接收端90％以上的时间处于低电平状态，从而明显降低了功耗。
本发明在硬件设计及元器件选择上，采用两组异步接收来进一步提高抗干扰性，红外接收的部分采用38Khz和54KHz等不同的频率特性红外管用于同一个产品。实现在进出双向检测上的分别计算处理。或者同一方向上的二次检测校准。达到更加精确的计算效果。同时红外管的电源采用低电压供电，低电流脉冲，依据被测物体间距来调节电流，使用最低电流发射接收，结合在硬件结构上做到短焦距透镜发射角聚焦在15度之内，在接收端使用短焦距透镜将微弱的信号聚焦到接收管，同步，接收管采用红外增透带通镀膜图层，同时球面适当扩大接收角度。确保信号的高质量接收。
主控电路向红外驱动单元发送控制指令，红外驱动单元根据控制指令驱动检测红外检测管的红外信号。
主控电路将接收到的红外信号发送至LoRa通信单元，通过LoRa通信单元的LPWAN技术接入到物联网，通过LPWAN低功耗广域网进行无线通信。
LoRa是典型的LPWAN低功耗广域网的通信方式，本发明将红外检测原理与LoRa的通信方式有机结合，实现了一种低功耗的红外检测装置，且能容易融入到物联网的传感体系之中。
需要说明的是，红外传感器与LoRa的有机结合方式创新，之间通过驱动电路并带有专门的调制算法来控制，具备本地化算法转换和数据模型建立功能，通过LPWAN低功耗广域网的无线通信。
在接入到物联网后，由物联网上设备对检测到的红外信号进行分析，判断红外信号对应的检测物体类型。
主控电路的逻辑实现了红外驱动的控制以及检验算法，通过调制措施将红外检测管的功耗控制在极低水平，并且将检测模型结论通过LoRa无线方式传输。
在本发明的一个实施例中，红外驱动单元采用低压差快速快关电路，从电路上通断实现红外检测管减少电流消耗。此外，主控制器可以采用MCU微控制器。
根据本发明实施例的基于LoRa的红外检测装置，将传统的红外检测装置通过LoRa的LPWAN技术接入到物联网；将传统的红外检测原理在结构上进行了改进，增加滤光片和聚焦透镜，主控制器对红外检测管驱动电路进行精密调制，功耗将至极低，基于以上光学优化设计能够降低红外检测管的功率达到效果，整体功耗得以降低，使得红外检测更加精准可靠；在红外检测管的驱动设计上进行了算法的优化，进行调制确保低功率情况下也能精准的识别和判断信号；LoRa通信将本地计算的结果进行传输，对红外驱动的接口做到了无缝兼容，应对不同功率的红外检测场合做到可以灵活适配；基于LoRa的LPWAN通信，让红外检测装置作为物联网的节点接入，让传统的红外检测装置作为应用场景的触发通道。
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 (6)

1.一种基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，包括：主控电路、滤光片、多组聚焦透镜和红外检测管，其中，
所述主控电路包括：主控制器、LoRa通信单元和红外驱动单元，所述主控制器与所述红外驱动单元和所述LoRa通信单元相连，所述红外驱动单元与每个所述红外检测管相连，每个所述红外检测管与一个聚焦透镜对应，每个所述聚焦透镜与所述滤光片构成光学回路；
所述主控电路向所述红外驱动单元发送控制指令，所述红外驱动单元根据所述控制指令驱动检测所述红外检测管的红外信号；根据被测物体的穿过速度，设置所述红外检测管的发射接收周期，在一个所述发射接收周期内，采用不高于预设比例的低占空比多队列脉冲，在接收端算法使用检波原理实现频率和占空比接收的一致保持；
所述主控电路将接收到的红外信号发送至LoRa通信单元，通过LoRa通信单元的LPWAN技术接入到物联网，通过LPWAN低功耗广域网进行无线通信，
在接入到物联网后，由物联网上设备对检测到的红外信号进行分析，判断红外信号对应的检测物体类型。
2.如权利要求1所述的基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，所述红外驱动单元采用低压差快速快关电路。
3.如权利要求1所述的基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，所述主控制器采用MCU微控制器。
4.如权利要求1所述的基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，所述预设比例为10％。
5.如权利要求1所述的基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，所述红外检测管的电源采用低电压供电，低电流脉冲，依据被测物体间距来调节电流，使用最低电流发射接收，结合在硬件结构上做到短焦距透镜发射角聚焦在15度之内，在接收端使用短焦距透镜将微弱的信号聚焦到红外检测管。
6.如权利要求1所述的基于LoRa的红外检测装置，其特征在于，所述红外检测管采用红外增透带通镀膜图层，同时球面扩大接收角度，以确保信号接收质量。
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