CN110428525A - 一种车辆物流门禁自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆物流门禁自动控制系统及方法，其中系统包括地感线圈模块、门禁控制系统，所述地感线圈模块用于监测车辆达到信息，其输出端与门禁控制系统连接，所述控制系统还包括图像处理系统，所述图像处理系统用于识别物流车辆信息其输出端与门禁控制系统连接，所述门禁控制系统在接收到地感线圈模块传来的车辆到达信号且接收到图像处理系统传来的物流车辆信号时才控制门禁打开。本发明的优点在于：结构简单控制方便，避免或减少了由于其他不需要开门的车辆引起的误开门，提高开门的准确性；同时设置的红外传感器检测开关门过程中的门禁范围内门板下方的车辆和行人，避免在关门过程中造成对行人或车辆的伤害，减少事故发生概率。

Description

一种车辆物流门禁自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及门禁控制领域，特别涉及一种车辆物流门禁自动控制系统及方法。

背景技术

目前物流发货通道的大门是由地感线圈和时间控制的自动控制系统，对于经常在地感区域通过但不需要开门的情况下，地感线圈只要有金属物体通过，门就会自动开启，造成大量的开门误动作。同时门的关闭仅仅通过门开启后延时一段时间就关闭，多次发生门板下方还有车辆时，门就自动关闭，造成损坏门板和车辆损坏的事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车辆物流门禁自动控制系统及方法，用于减少其它车辆造成的开门误动作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆物流门禁自动控制系统，包括地感线圈模块、门禁控制系统，所述地感线圈模块用于监测车辆达到信息，其输出端与门禁控制系统连接，所述控制系统还包括图像处理系统，所述图像处理系统用于识别物流车辆信息其输出端与门禁控制系统连接，所述门禁控制系统在接收到地感线圈模块传来的车辆到达信号且接收到图像处理系统传来的物流车辆信号时才控制门禁打开。

所述控制系统还包括用于监测门禁处的车辆或行人信号的红外传感器，所述红外传感器的输出端与门禁控制系统连接。

所述门禁控制系统在打开车门后通过开始定时，并在定时结束后关闭门禁，当门禁控制系统关闭门禁过程中，接收到红外传感器的输出信号时门禁控制系统重新打开门禁。

所述图像处理系统用于对门禁范围内的车辆进行识别处理以识别出需开启门禁的车辆信号，其包括摄像头、工控机，所述摄像头用于采集门禁范围内的车辆信息，其输出端与工控机连接，所述工控机通过图像识别处理识别出需要在门禁范围内是否有需要打开门禁的车辆。

所述地感线圈模块包括地感线圈及线圈控制器。

所述门禁控制系统包括单片机、门禁电机、门禁、信号灯，所述单片机通过门禁电机与门禁连接，用于控制门禁的打开关闭；所述单片机的输出端与信号灯连接，用于控制信号灯发出红绿指示信号。

所述门禁电机具有行程开关，用于检测电机形成来确定门禁打开和关闭位置并将信号发送给单片机。

所述门禁控制系统的输入端与手动控制按钮连接，用于通过手动控制按钮来控制门禁的打开关闭。

所述手动控制按钮的控制信号在单片机中设置优先级大于地感线圈信号、图像处理系统信号。

一种车辆物流门禁自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1：采集图像处理系统及地感线圈模块传来的车辆信号，地感线圈模块用于检测门禁范围内是否有车辆存在，图像处理模块用于识别门禁范围内的车辆是否为需要开门的车辆；

步骤2：当两者信号均传递至门禁控制系统的单片机中时，单片机才控制门禁打开。

步骤3：门禁打开后，单片机开始计时并在计时结算后关闭门禁系统；在单片机的计时期间和或关闭门禁过程中，实时采集红外传感器的信号，当接收到红外传感器的信号时，单片机刷新计时时间，重新计时。

本发明的优点在于：结构简单控制方便，避免或减少了由于其他不需要开门的车辆引起的误开门，提高开门的准确性；同时设置的红外传感器检测开关门过程中的门禁范围内门板下方的车辆和行人，避免在关门过程中造成对行人或车辆的伤害，减少事故发生概率。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明车辆物流门禁自动控制系统的结构原理图；

图2为本发明门禁自动控制系统的自动控制流程图；

图3为本发明图像处理系统的图像处理流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种车辆物流门禁自动控制系统，包括地感线圈模块、门禁控制系统，地感线圈模块用于监测车辆达到信息，其输出端与门禁控制系统连接，控制系统还包括图像处理系统，图像处理系统用于识别物流车辆信息其输出端与门禁控制系统连接，门禁控制系统在接收到地感线圈模块传来的车辆到达信号且接收到图像处理系统传来的物流车辆信号时才控制门禁打开。地感线圈用于感测门禁附近设定区域内是否有车辆，当有车辆出发地感线圈发送信号至门禁控制系统；图像处理系统用于在采集设定区域(在门禁系统附近范围，可根据需求调整)的图像信息并进行处理识别门禁范围的车辆是否属于需要开门的车辆，当识别到车辆后反馈信号给门禁系统，门禁控制系统打开门禁的大门，放行车辆。设定区域是指外部车辆由门禁进入时距离门禁设定距离范围内的区域以及车辆从内出去时距离门禁设定距离范围内的区域，采集这个区域的车辆相关信息来实现开启关闭门禁的控制。本申请采用地感线圈以及图像处理系统功能采集车辆信息，可以减少误开门。如厂区内的叉车等车辆经过时引起的误开门，由于本申请采用了地感线圈以及图像识别两种方式，所以及时叉车引发了地感线圈但是由于图像处理系统识别出该车辆为非允许开门车辆，故而图像处理系统并不会输出开门相关信号给门禁控制系统，故而门禁控制系统不会动作打开门禁，从而避免了误触发开门。

优选的，门禁自动控制系统还包括用于监测门禁处的车辆或行人信号的红外传感器，红外传感器的输出端与门禁控制系统连接。门禁控制系统在打开车门后通过开始定时，并在定时结束后关闭门禁，当门禁控制系统关闭门禁过程中，接收到红外传感器的输出信号时门禁控制系统重新打开门禁。通过红外探测门禁打开后门禁杆/门下方是否有行人或车辆等障碍物，防止在关闭门禁过程中产生意外事故，造成门禁损坏或行人车辆损坏伤害等。

进一步优选的，图像处理系统用于对门禁范围内的车辆进行识别处理以识别出需开启门禁的车辆信号，其包括摄像头、工控机，摄像头用于采集门禁范围内的车辆信息，其输出端与工控机连接，所述工控机通过图像识别处理识别出需要在门禁范围内是否有需要打开门禁的车辆。

优选的，门禁控制系统包括单片机、门禁电机、门禁、信号灯，单片机通过门禁电机与门禁连接，用于控制门禁的打开关闭；单片机的输出端与信号灯连接，用于控制信号灯发出红绿指示信号。门禁电机具有行程开关，用于检测电机形成来确定门禁打开和关闭位置并将信号发送给单片机。门禁控制系统的输入端与手动控制按钮连接，用于通过手动控制按钮来控制门禁的打开关闭。手动控制按钮的控制信号在单片机中设置优先级大于地感线圈信号、图像处理系统信号。这样可以做到随时采用手动控制来实现门禁的开闭，从而在一些故障或意外情况下，及时通过手动控制接管自动控制，实现手动打开门金关闭门禁。

本发明所提出的自动控制系统将图像处理与多传感器共同控制引入到物流门控制系统中，在国内具有相当的前沿性和实用性。本发明提供一种物流门禁控制系统，系统主要包括图像处理机构、多传感器控制机构、定时机构、自动切换工作模式机构和安全保护机构，同时具有多种控制方式，满足不同的应用环境。

门禁控制系统在工控机和stm32单片机通过RS232通讯连接后，摄像头首先采集下方物流车辆的信息，然后通过工控机运用图像处理算法进行图像处理，经RS232串口传递给单片机，同时地感线圈也随时监测车辆是否到达，当工控机和地感线圈同时传递目标车辆到来的信息时，单片机控制物流门开始开门，当门完全打开后，绿色信号灯点亮，单片机内定时机构开始定时，此时车辆可以正常通行。当车辆安全通过，短暂延时后，开始关门，同时交通信号灯转变为红灯点亮，在关门过程中物流门两边的红外传感器会随时监测是否有车辆或行人经过，当红外传感器被触发时，物流门由关门状态转变为开门状态，确保通行车辆的安全。当需要手动控制物流门的开关状态时可以用手动按钮控制。

图像处理机构中，工控机将摄像头采集到的图像进行图像处理处理，并将处理结果发给单片机。图像采集及处理目的在于提供一种车辆类型识别算法，以区分大型物流车和其他小型车辆。当识别到大型车辆处于设定的采集范围内时，则输出识别信号至单片机中，若此时单片机也接收到地感线圈信息，则打开车门。否则未识别到物流车辆，则单片机不会接受到图像处理系统传来的数据。

多传感器控制机构中，各传感器主要包括地感线圈模块、摄像头、红外传感器以及电机限位开关。地感线圈模块包括地感线圈和线圈控制器两部分，其中地感线圈部分由埋在地下约2cm处的导线线圈组成，通常缠绕3圈，当通电时线圈中心会行成磁场，有车辆经过时会引起磁场变化。线圈控制器用于接收线圈中的磁场变化，从而控制其中的继电器动作，向单片机发送车辆到来信息。摄像头如上面所述，通过双框法采集到车辆信息后通过工控机向单片机发送信息。红外传感器采用反射型红外传感器，将传感器的发射端和接收端分别安装在门框的两侧。电机限位开关部分使用的是电机内部自带行程开关，调节好门完全打开的高和关闭的位置后通过信号线向单片机发送门的位置信息。

定时机构中，本发明中的控制板使用stm32f103单片机，当门完全打开时，单片机内置定时器开始进行10s计时，在计时期间如果车辆被摄像头、地感线圈或者红外传感器检测到物体时，门再次自动打开，则定时器重新刷新定时时间，确保车辆能够安全通过。当定时器完成10s定时后，单片机开始控制物流门关门。

自动切换工作模式机构中，当本发明需要调整摄像头角度或者摄像头不能正常工作时，会自动切换到线圈单独工作模式，此模式下当线圈被触发时便自动开门，无需接受工控机信号，或者根据切换开关调整到地感线圈工作模式，通过单片机上设置调节按钮来调节地感线圈工作模式、地感线圈图像处理共同工作模式。在物流门自动工作时，可以随时通过控制箱上的按钮切换到手动控制模式，以应对各种不同状况，按钮控制优先于自动信号控制。

在自动控制系统中设置安全保护机构中，本发明主要有三种保护机制，其一，控制箱上装有急停开关，当遇到突发状况时可以很方便的直接按下急停开关按钮切断电机电源，阻止意外发生。其二，在物流门关门的过程中如果有人或车辆在门板下方经过将会触发红外传感器，届时单片机将控制物流门由关门状态转变为开门状态。其三，在单片机程序中加有看门狗程序，防止控制程序意外跑飞。

该控制系统能够较好的分辨大型的物流车辆和小型车辆。同时在安全性和可靠性方面都能够满足目前的物流门的控制需求，较好的解决了现场物流门的控制问题。目前该控制系统已经在发明人的冷轧总厂北区成品库的门禁门使用了，效果良好，满足了现场需求！

如图2所示为系统的控制方法，车辆物流门禁自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1：采集图像处理系统及地感线圈模块传来的车辆信号，地感线圈模块用于检测门禁范围内是否有车辆存在，图像处理模块用于识别门禁范围内的车辆是否为需要开门的车辆；

步骤2：当两者信号均传递至门禁控制系统的单片机中时，单片机才控制门禁打开。

步骤3：门禁打开后，单片机开始计时并在计时结算后关闭门禁系统；在单片机的计时期间和或关闭门禁过程中，实时采集红外传感器的信号，当接收到红外传感器的信号时，单片机刷新计时时间，重新计时。

当系统通电运行时，首先选择工作模式是否为自动模式，如果是自动模式则开始判断摄像头是否正常工作，反之则进入手动控制模式。如果摄像头能正常工作，主控制板上的LED灯会被点亮，否则系统会自动进入部分工作模式。当摄像头能正常工作时，系统会根据物流门现在所处的状态进行自主判断，如果此时物流门是完全打开状态，则直接进入到关门过程，反之则进入正常初始状态。在完全工作模式中，当有车辆到来时，必须摄像头和地感线圈都触发才能使系统自动开门。在开门过程中系统会根据电机里内置行程开关所反馈的信息判断门是否已经开到位，如果门已经完全打开，则系统会自动停止开门。当门完全打开时，stm32单片机将会自动开始10s计时，如果在计时期间地感线圈或者红外传感器被触发，则会刷新计时时间，重新计时。当10s计时结束后系统将会自动关门。在关门期间将会再次检测地感线圈或者红外传感器是否被触发，若被触发系统将会由关门状态自动转变为开门状态。如果没有触发，系统将在物流门关到位后自动停止关门。

图像处理识别过程中可以采用现有技术的图像识别处理算法来识别出大型车辆(需要开门的车辆)以及其它车辆(不需要开门)。进一步的，本申请提供一种图像处理算法用于识别出车辆，该算法称之为双框法，双框法的车辆识别算法，包括：获取摄像头信息，根据经验知识，具体为：大型物流车辆在体积和长度上与其他叉车、电动车、人等小型物体有明显区别；通过选取两个不相邻的图像ROI(感应区域)对摄像头信息进行区域划分；根据各个区域的运动检测信息来判断当前车辆的类型。

进一步地，在所述选取两个ROI(感应区域)后，分别对每个区域进行帧差法的运动检测，具体包括：通过对比前一帧和后一帧的图像信息，如果场景内没有运动目标，则连续帧的变化很微弱，如果存在运动目标，则连续的帧和帧之间会有明显地变化，以此来判断是否有运动物体。提供一种确定运动物体的方法。为了防止噪声的干扰，通过选取最近3帧的数据共同判断，然后对上述处理好的数据进行开运算，用于消除细小物体，平滑较大物体边界，再通过选取适当的阈值，最终实现车辆类型的判断。

如图3所示，双框法具体操作步骤如下，步骤1：提取摄像头信息，并进行滤波处理。提取摄像头信息是为了进一步进行处理，一般提取的图像信息由于相机的误差都是带有噪声干扰的，所以首先需要进行滤波处理，本算法采用高斯滤波去除图像的噪声，高斯滤波是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声，广泛应用于图像处理的减噪过程，高斯滤波就是对整幅图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。步骤2：选取两个感应区域，将图像划分为两部分。由经验可以知道，大型物流车和小叉车、电动车、人等在体积、长度上有明显的区别，通过选取两个不相邻的ROI(感应区域)，将图像划分为两个部分，这里要注意，这两个区域要不能相邻，且保证小型车辆不能同时出现在两个区域内，这样就能将大型和小型车辆区分开来，大型车辆会通过两个区域而小型车辆只会通过其中一个。步骤3：对每部分区域进行运动检测并优化。有了步骤2的感应区域的选取，下面就是在每个区域进行运动物体的检测了，检测算法是用了帧差法，通过对比前一帧和后一帧的图像信息，如果场景内没有运动目标，则连续帧的变化很微弱，如果存在运动目标，则连续的帧和帧之间会有明显地变化，以此来判断是否有运动物体。单单只有帧差法的运动检测是不够的，有可能出现误差或者相机的突然抖动带来误判，所以需要再加上多次的判断，本算法通过最近三帧的检测结果共同判断，避免了误差的干扰，然后对上述处理好的数据进行开运算，用于消除细小物体，平滑较大物体边界，使得更加有效的区分车辆类型。步骤4：根据两个区域的检测结果判断当前车辆的类型。根据步骤3基本完成了双框法算法实现的车辆类型的判断，下面则通过选取适当的阈值来更加准确的实现车辆类型判断，为了防止上述选取的两个区域同时有小叉车、电动车或人等，可以适当的调大阈值，这样同样能够滤除干扰和误判的情况。在实际的运行过程中大型物流车在两个预先选定的ROI(感应区域)都有明显的运动检测结果。小型车辆只在其中一个预先选定的ROI(感应区域)有明显的运动检测结果，从而做到区分。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆物流门禁自动控制系统，包括地感线圈模块、门禁控制系统，所述地感线圈模块用于监测车辆达到信息，其输出端与门禁控制系统连接，其特征在于：所述控制系统还包括图像处理系统，所述图像处理系统用于识别物流车辆信息其输出端与门禁控制系统连接，所述门禁控制系统在接收到地感线圈模块传来的车辆到达信号且接收到图像处理系统传来的物流车辆信号时才控制门禁打开。

2.如权利要求1所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括用于监测门禁处的车辆或行人信号的红外传感器，所述红外传感器的输出端与门禁控制系统连接。

3.如权利要求2所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述门禁控制系统在打开车门后通过开始定时，并在定时结束后关闭门禁，当门禁控制系统关闭门禁过程中，接收到红外传感器的输出信号时门禁控制系统重新打开门禁。

4.如权利要求1-3任一所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述图像处理系统用于对门禁范围内的车辆进行识别处理以识别出需开启门禁的车辆信号，其包括摄像头、工控机，所述摄像头用于采集门禁范围内的车辆信息，其输出端与工控机连接，所述工控机通过图像识别处理识别出需要在门禁范围内是否有需要打开门禁的车辆。

5.如权利要求1-3任一所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述门禁控制系统包括单片机、门禁电机、门禁、信号灯，所述单片机通过门禁电机与门禁连接，用于控制门禁的打开关闭；所述单片机的输出端与信号灯连接，用于控制信号灯发出红绿指示信号。

6.如权利要求5所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述门禁电机具有行程开关，用于检测电机形成来确定门禁打开和关闭位置并将信号发送给单片机。

7.如权利要求1-6任一所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述门禁控制系统的输入端与手动控制按钮连接，用于通过手动控制按钮来控制门禁的打开关闭。

8.如权利要求7所述的一种车辆物流门禁自动控制系统，其特征在于：所述手动控制按钮的控制信号在单片机中设置优先级大于地感线圈信号、图像处理系统信号。

9.一种车辆物流门禁自动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采集图像处理系统及地感线圈模块传来的车辆信号，地感线圈模块用于检测门禁范围内是否有车辆存在，图像处理模块用于识别门禁范围内的车辆是否为需要开门的车辆；

步骤2：当两者信号均传递至门禁控制系统的单片机中时，单片机才控制门禁打开。

10.如权利要求9所述的一种车辆物流门禁自动控制方法，其特征在于：还包括步骤3：门禁打开后，单片机开始计时并在计时结算后关闭门禁系统；在单片机的计时期间和或关闭门禁过程中，实时采集红外传感器的信号，当接收到红外传感器的信号时，单片机刷新计时时间，重新计时。