CN110118970A - 一种抗色差激光高精度测距传感模块 - Google Patents

一种抗色差激光高精度测距传感模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗色差激光高精度测距传感模块，它涉及一种集成高精密精准测距传感器。它包括激光信号发射接收模块组件、数字信号处理及运算组件和驱动执行电路组件，激光信号发射接收模块组件正对被检测物设置，激光信号发射接收模块组件与数字信号处理及运算组件相连，数字信号处理及运算组件通过驱动执行电路组件连接到需要控制的产品机能部件，通过内部程序控制驱动外部应用产品的机能部件而达到相应的功能。本发明抗色差能力强、抗干扰能力强、不受外部信号干扰，可适用不同安装使用环境，适用性广，能大大减少生产材料成本、提升产品的使用效果，实用可靠，应用前景广阔。

Description

一种抗色差激光高精度测距传感模块
技术领域
本发明涉及的是一种集成高精密精准测距传感器，具体涉及一种抗色差激光高精度测距传感模块。
背景技术
目前，现有市场上的自动感应卫浴洁具电器产品，例如自动感应水龙头、自动感应给皂器、自动感应冲水器、自动干手机等均是使用传统的红外线(IR)方式检测，是根据反射光的强弱来判断或测试目标距离，通过内部程序控制驱动外部应用的产品的机能部件而达到相应的功能(如通过驱动电磁阀达到水龙头开关水功能、通过驱动电机达到干手器吹风、自动给皂器给皂功能等等)。由于红外线接收发射传感器的工作模式导致使用过程中存在以下缺陷：
(1)传统的红外线传感器因受不同的光线环境、使用者的肤色、使用者的衣服颜色、配套安装使用器具的光线反射率不同而出现严重的距离偏差、错误感应(误动作)、如自动感应水龙头不停自动出水、距离忽长忽短、穿黑色衣服时大便感应器不冲水等等的情况，尤其是面对亮面的白色陶瓷器皿、不锈钢盆、镜面的金属下水器等等高光高反射率器皿或物体时会出现失控、甚至功能失效的情况，从而导致浪费水或浪费皂液的情况，大大影响产品的使用效果。
(2)市面上应用的红外线传感器，为了缩小红外感应器的距离偏差，可以通过在发射和接收头的前端增加凸透镜把接收和发射信号聚焦从而降低所探测的距离信号偏差值，这样却就导致整个传感器的体积变大，生产工艺要求高等缺陷而无法大面积应用于小型水龙头、给皂机、冲水器等产品上面，从而导致应用该传感器的成品生产过程变得繁琐、需要更大的外壳和更难加工的凸透镜材料，大大地增加了原材料成本和批量生产的难度而无法普及应用。
(3)因红外线传感器的红外光容易受外来信号干扰，从而导致产品出现误动作而无法在特殊的场所正常使用和普及。例如在有红外线探测器的场所因红外线光波冲突而导致产品接收错误信号出现误动作。在使用高频电源时因高频电源产生大的纹波而导致红外线信号受干扰出现忽长忽短的情况，从而出现误动作(自感现象)。
(4)当使用红外线传感器的产品面对太阳光照射时会出现误动作(自感现象)，因太阳光内包含有红外线光源，所以导致信号冲突而出现故障。因此目前的红外线传感器智能卫浴电器产品无法安装在面对有太阳光照射的窗户、庭院等地方安装使用，大大地限制了产品安装和使用场所范围。
(5)传统的红外线传感器对黑色物体检测时，测试到的距离会比实际距离缩短50%-70%，而对镜面或不锈钢物体检测时，测试到的距离会比实际距离增加100%-200%，同时传统的红外线传感器因抗色差能力差、抗干扰能力差、对安装及使用环境要求高的缺点，从而大大地影响了产品使用效果，从而导致较高的维修率，大大的浪费了人力物力资源。
为了解决上述问题，设计一种新型的抗色差激光高精度测距传感模块尤为必要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种抗色差激光高精度测距传感模块，结构设计合理，抗色差能力强、抗干扰能力强、不受外部信号干扰，适用不同安装使用环境，适用性广，体积小，减少材料成本、提升使用效果，实用可靠，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种抗色差激光高精度测距传感模块，包括激光信号发射接收模块组件、数字信号处理及运算组件和驱动执行电路组件，激光信号发射接收模块组件正对被检测物设置，激光信号发射接收模块组件与数字信号处理及运算组件相连，数字信号处理及运算组件通过驱动执行电路组件与外部应用产品的机能部件相连接，通过内部程序控制驱动外部应用产品的机能部件而达到相应的功能。
作为优选，所述的激光信号发射接收模块组件由感光接收件、激光发射件、感光接收窗及滤镜和发射窗透光窗口组成，感光接收件面向被检测物的前侧设置有感光接收窗及滤镜，激光发射件面向被检测物的前侧设置有发射窗透光窗口，激光发射件面向被检测物的前侧设置有发射窗透光窗口，所述激光发射件按设定程序间隔发射信号，发射光束经过发射窗透光窗口向外直线延伸，当光束遇到被检测物后被反射回来，反射信号经过感光接收窗及滤镜后到达感光接收件。
作为优选，所述的数字信号处理及运算组件设定不同的有效触发距离，如感应水龙头的触发距离约为15cm，大便感应冲水器约为60cm，小便感应冲水器约为45cm，自动干手器约为15cm，自动给皂器约为12cm。
作为优选，所述的机能部件包括有卫浴洁具行业的电磁阀、电机阀、给皂器用泵组等，根据程序要求控制或驱动产品的机能部件实现预设的功能，如根据信号分析开关水龙头的电磁阀达到开关水的功能、根据信号分析是否供电给给皂器泵组实现给皂功能等。
本发明的有益效果：本装置抗干扰、抗色差能力强，适用不同安装使用环境，集成电路组合体积小，能广泛应用智能卫浴洁具行业、园林灌溉行业、医疗卫生洁具设备行业等行业的不同功能、体积的产品上，提高产品的使用效果，减少材料成本和因生产、故障维修而导致的人力资源的浪费，应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的线路结构示意图。
具体实施方式
为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：包括激光信号发射接收模块组件1、数字信号处理及运算组件2和驱动执行电路组件3，激光信号发射接收模块组件1正对被检测物5设置，激光信号发射接收模块组件1与数字信号处理及运算组件2相连，数字信号处理及运算组件2通过驱动执行电路组件3与外部应用产品的机能部件4相连接，如卫浴洁具行业的电磁阀、电机阀、给皂器用泵组等，根据程序要求控制或驱动产品的机能部件实现预设的功能，如根据信号分析开关水龙头的电磁阀达到开关水的功能、根据信号分析是否供电给给皂器泵组实现给皂功能等；所述的激光信号发射接收模块组件1由感光接收件101、激光发射件102、感光接收窗及滤镜103和发射窗透光窗口104组成，感光接收件101面向被检测物5的前侧设置有感光接收窗及滤镜103，激光发射件102面向被检测物5的前侧设置有发射窗透光窗口104。
值得注意的是，所述的数字信号处理及运算组件2按不同的产品程序设定不同的有效触发距离，例如感应水龙头的触发距离设为15cm，大便感应冲水器设为60cm，小便感应冲水器设为45cm，自动干手器设为15cm，自动给皂器设为12cm。
本具体实施方式的工作原理为：通电后，激光发射件102按设定程序间隔发射信号，发射光束经过发射窗透光窗口104向外直线延伸，当光束遇到被检测物5后被反射回来，反射信号经过感光接收窗及滤镜103后到达感光接收件101，激光信号发射接收模块组件1通过记录下的激光发射件102发射信号时间和感光接收件101接收到信号的时间差值，将其数据传输给数字信号处理及运算组件2，在其内部通过程序按公式：距离=时间×速度，计算出被测试物体到感应头之间的绝对距离数值，并按不同的产品程序设定的有效触发距离，判断是否输出控制信号到驱动执行电路组件3系统，根据数字信号处理及运算组件2处理结果判定是否驱动执行电路组件3，如果收到执行信号，则会输出最终控制信号至外部应用的产品的机能部件4；反之，如不在设定距离范围内，则不输出执行信号至外部应用的产品的机能部件4。
本具体实施方式通过使用飞行时间激光测距集成模块传感器替代原有的红外线传感器，因两者的信号接收发射模式不同从而达到抗色差、抗镜面的效果。该传感器的工作原理是利用电路发射出一束不可见光，当其遇到测试物体后反射回来，通过单片机内部程序根据接收光和发射光之间的时间差值、传播速度计算出被测物的实际距离。因飞行时间激光测距集成模块传感器是通过有和无反射光进行测算和判断所探测物体之间的距离，与反射光的强弱无关，从而避免了被测物体的颜色差异、光反射率的大小导致的反射光强弱变化而形成的测试偏差和错误，使得测试距离的准确率大大提高，从而达到被测物体的测试距离与实际距离无差别判断及检测；同时，飞行时间激光测距集成模块传感器是通过不可见光接触目标物体后反射回来的时间及其固定的速度来计算出实际距离，从而达到不受外部纹波、目标物体的颜色、目标物体的反光值、使用场所环境、太阳光、红外线光波影响，以达到抗色差、抗干扰、抗镜面的效果。
本具体实施方式抗色差能力强、抗干扰能力强，不受外部信号干扰、适用不同安装使用环境，同时集成电路组合体积小，能广泛应用在智能卫浴洁具行业、园林灌溉行业、医疗卫生洁具设备行业等行业不同功能、体积的产品上，包括卫浴洁具行业、医疗清洁消毒行业的自动感应水龙头、自动感应冲水器、自动感应给皂器、自动干手器、医用自动感应水龙头，医用自动给皂器、厨房用自动感应水龙头、厨房用自动皂液器等智能卫浴电器设备产品上的信号接收发射传感器，大大提高产品的使用效果，减少材料成本和批量生产的难度，同时减少因生产和故障维修而导致的人力资源的浪费，具有广阔的市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种抗色差激光高精度测距传感模块，其特征在于，包括激光信号发射接收模块组件(1)、数字信号处理及运算组件(2)和驱动执行电路组件(3)，激光信号发射接收模块组件(1)正对被检测物(5)设置，激光信号发射接收模块组件(1)与数字信号处理及运算组件(2)相连，数字信号处理及运算组件(2)通过驱动执行电路组件(3)与外部应用产品的机能部件(4)相连接，通过内部程序控制驱动外部应用产品的机能部件(4)而达到相应的功能。
2.根据权利要求1所述的一种抗色差激光高精度测距传感模块，其特征在于，所述的激光信号发射接收模块组件(1)由感光接收件(101)、激光发射件(102)、感光接收窗及滤镜(103)和发射窗透光窗口(104)组成，感光接收件(101)面向被检测物(5)的前侧设置有感光接收窗及滤镜(103)，激光发射件(102)面向被检测物(5)的前侧设置有发射窗透光窗口(104)；通电后，所述激光发射件(102)按设定程序间隔发射信号，发射光束经过发射窗透光窗口(104)向外直线延伸，当光束遇到被检测物(5)后被反射回来，反射信号经过感光接收窗及滤镜(103)后到达感光接收件(101)，激光信号发射接收模块组件(1)通过记录下的激光发射件(102)发射信号时间和感光接收件(101)接收到信号的时间差值，将其数据传输给数字信号处理及运算组件(2)，在其内部通过公式：距离=时间×速度，计算出被测试物体到感应头之间的绝对距离数值，并按不同的产品程序设定的有效触发距离，判断是否输出控制信号到驱动执行电路组件(3)，根据数字信号处理及运算组件(2)处理结果判定是否驱动执行电路组件(3)，如果收到执行信号，则输出最终控制信号至机能部件(4)；反之，则不输出执行信号至机能部件(4)。
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