CN111158054B - 一种基于led屏的被动物体探测显示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LED屏的被动物体探测显示系统及方法。LED屏水平布置，LED屏附近有物品，处理模块通过导线连接电容传感器和通信模块，通信模块和云服务器通信连接，电容传感器的传感端差分接入LED屏的行选择选择信号线和列选择信号线。在LED屏上放置物品，通过电容传感器采集物品对应的电容值，并和正确分类物品对应的预设电容阈值范围N为物品的电容范围进行比较，确定物品的类型。本发明具有成本低，结构简单，部署安装方便的优点，能够在不采用摄像头的情况下在维持LED显示屏正常显示工作的同时区别不同材质不同大小的物品。
Description
技术领域
本发明涉及了一种被动物体探测显示系统，尤其是涉及了一种基于LED屏的被动物体探测显示系统及方法。
背景技术
LED点阵屏通过LED(发光二极管)组成，以灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。此种显示系统只能实现显示功能，而无法在不增加额外传感器情况下进行物体探测或交互。
而电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测转物理量或机械量换成为电容量变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。能够利用电容传感器探测不同材质和体积的物品的电容值变化。
由于LED点阵平面结构存在可被利用的金属线来实现电容传感，因此这里提出一种基于LED屏的被动物体探测显示系统及方法，让LED屏既作为电容传感器的传感端，又能作为显示器，将物体探测结果显示出来。此种方法不仅可以扩展LED显示系统的功能，同时能够实现相关功能的成本。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于LED屏的被动物体探测显示系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一、一种基于LED屏的被动物体探测显示系统：
系统包括LED屏、电容传感器、处理模块和通信模块；LED屏水平布置，LED屏附近有物品，处理模块通过导线连接电容传感器和通信模块，通信模块和云服务器通信连接，通信模块将物品信息发送到云服务器，电容传感器的传感端差分接入LED屏的行选择选择信号线和列选择信号线。
所述的LED屏是由多个发光二极管按矩阵阵列封装在一起的元器件，每行的发光二极管的同一端通过行选择信号线串接，每列的发光二极管的另一端通过列选择信号线串接，每相邻的两条行选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容，每相邻的两条列选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容。
所述的电容传感器包括多个LC振荡电路和测试驱动电路，每个LC振荡电路作为一个检测通道，LED屏差分电容两端均连接有一个LC振荡电路，每个LC振荡电路包括并联的一个电感和一个电容，电感和电容连接到LED屏的差分电容两端，各个LC振荡电路均连接到测试驱动电路。
通过LED屏的像素行选择和列选择信号线构成的金属网络任意两线之间的差分电容的电容值变化来获取LED屏附近物品信息；通过处理模块控制LED屏在点亮模式和测试模式之间高速切换：测试模式下LED屏的电容传感器的传感端进行LED屏上物品的电容值的探测，进而处理获得物品的类型；点亮模式下LED屏作为显示屏，显示物品信息。
所述的处理模块接收电容传感器输出的电容值进行判断处理，根据物品对应的电容值进行匹配获得物品是否为该种类型的判断结果，并将判断结果显示在LED屏上。
二、被动物体探测显示系统的探测显示方法，方法包括以下步骤：
1)控制LED屏工作在测试模式，在LED屏上放置物品，通过电容传感器采集物品对应的电容值，并和正确分类物品对应的预设电容阈值范围N为物品的电容范围进行比较，确定物品的类型；
2)然后将LED屏从测试模式切换为点亮模式，将物品的类型显示在LED屏上，并通过通信模块发送到云服务器；
3)LED屏上取下物品，LED屏的差分电容的电容值又回到初始值，将LED屏切换为测试模式，放置下一个物品回到步骤1)处理。
所述步骤1)中，经测试驱动电路驱动LC振荡电路工作，LED屏中的差分电容将影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率由测试驱动电路检测获得振荡频率，利用该振荡频率计算LED屏中的差分电容的电容值作为物品对应的电容值。
测试驱动电路控制LC振荡电路对物品正下方的LED屏中的差分电容进行检测获得电容值。
所述的LED屏中的差分电容的电容值CSen通过以下公式处理获得：
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_Con是LED屏中行或者列差分电容的频率选择常数，Data是LED屏中行或列的差分电容所采集的28位数据，Fref是处理模块中的系统时钟频率，C2 8表示排列组合，L表示LC振荡电路的电感的电感值，i表示测试次数的序数。
本发明具有的有益效果是：
1)成本低，结构简单，部署安装方便。
2)能够在不采用摄像头的情况下在维持LED显示屏正常显示工作的同时区别不同材质不同大小的物品。
本发明具有成本低，结构简单，部署安装方便的优点，能够在不采用摄像头的情况下在维持LED显示屏正常显示工作的同时区别不同材质不同大小的物品。
附图说明
图1是本系统的模块分布图。
图2是LED屏的结构图。
图3是系统方法流程图。
图4是模式切换连接结构框图。
图中：1.LED屏，2.电容传感器，3.处理模块，4.通信模块，5.云服务器，6.物品。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，具体实施包括LED屏1、电容传感器2、处理模块3和通信模块4；LED屏1水平布置，LED屏1附近有物品6，处理模块3通过导线连接电容传感器2和通信模块4，通信模块4和云服务器5连接，通信模块4将物品6信息发送到云服务器5，电容传感器2的传感端差分接入LED屏1的行选择选择信号线和列选择信号线。
如图2所示，LED屏1是由多个发光二极管按矩阵阵列封装在一起的元器件，每行的发光二极管的同一端通过行选择信号线串接，每列的发光二极管的另一端通过列选择信号线串接，每相邻的两条行选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容，每相邻的两条列选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容。
如图4所示，电容传感器2包括多个LC振荡电路和测试驱动电路，每个LC振荡电路作为一个检测通道，LED屏1差分电容两端均连接有一个LC振荡电路，每个LC振荡电路包括并联的一个电感和一个电容，电感和电容连接到LED屏1的差分电容两端，各个LC振荡电路均连接到测试驱动电路。
通过LED屏1的像素行选择和列选择信号线构成的金属网络任意两线之间的差分电容的电容值变化来获取LED屏1附近物品6信息；通过处理模块3控制LED屏1在点亮模式和测试模式之间高速切换：测试模式下LED屏1的电容传感器2的传感端进行LED屏1上物品6的电容值的探测，进而处理获得物品6的类型；点亮模式下LED屏1作为显示屏，显示物品6信息。
根据不同物品具有不同的材质和体积，会影响电容传感器2中的介电参数，进而会影响电容传感器2的电容值变化，这样获取物品的电容值，以电容值作为不同种类物品的特征信息，对电容值进行分析处理得到物品的种类。
不同材质和体积的物品会影响电容的介电常数，电容电力线作用的区域的物质发生变化，对应的介电常数也会变。在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
这样在LED屏上进行物品拿起和放下后测得的数据在采集后通过计算其特征信息的变化，可以准确识别物品的类型，在将物品信息显示在LED屏上的同时能通过通信模块将物品信息发送到云服务器上，实现物品的智能识别和无线物品状态监控。
具体实施中，如图4所示，处理模块3包括模式切换电路，LED屏1经模式切换电路分别连接到显示驱动电路和测试驱动电路。
当LED屏1切换为测试模式时，显示驱动电路断开，测试驱动电路导通，测试驱动电路测量LED屏1所有水平方向的相邻行选择信号线间的差分电容和所有竖直方向的相邻列选择信号线间的差分电容，对LED屏1不同位置附近的物体信息进行探测和收集。
当LED屏1切换为点亮模式时，显示驱动电路导通，测试驱动电路端口，显示驱动电路驱动LED屏1进行点亮显示。
处理模块3接收电容传感器2输出的电容值进行判断处理，根据物品对应的电容值进行匹配获得物品是否为该种类型的判断结果，并将判断结果显示在LED屏1上。
具体实施中，LED屏选用LED 8*8点阵屏幕，它共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮。通信模块选用ESP8266无线模块。
如图3所示，本发明实施过程包括以下步骤：
1)控制LED屏1工作在测试模式，在LED屏1上放置物品6，通过电容传感器2采集物品6对应的电容值，并和正确分类物品6对应的预设电容阈值范围N为物品的电容范围进行比较，确定物品6的类型；
其中，经测试驱动电路驱动LC振荡电路工作，测试驱动电路控制LC振荡电路对物品6正下方的LED屏1中的差分电容进行检测，该差分电容会影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率和电容值对应，振荡频率由测试驱动电路检测获得振荡频率，利用该振荡频率计算该差分电容的电容值作为物品6对应的电容值。这样灵敏度高，有很强的抗电磁干扰能力，并降低噪声。
LED屏1中的差分电容的电容值CSen通过以下公式处理获得：
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_Con是LED屏(1)中行或者列差分电容的频率选择常数，Data是LED屏(1)中行和或列的差分电容所采集的28位数据，Fref是处理模块(3)中的系统时钟频率，C2 8表示排列组合，L表示LC振荡电路的电感的电感值，i表示测试次数的序数。fC表示振荡频率。
具体实施中，进行十次采样，然后取均值使得结果更加准确和稳定，最后通过电容值准确判断物品的类型。
2)然后将LED屏1从测试模式切换为点亮模式，将物品6的类型显示在LED屏1上，并通过通信模块4发送到云服务器5，实现物品的智能识别和无线物品状态监控；
3)LED屏1上取下物品6，LED屏1的差分电容的电容值又回到初始值，将LED屏1切换为测试模式，放置下一个物品6回到步骤1)处理。
Claims (7)
1.一种基于LED屏的被动物体探测显示系统，其特征在于：包括LED屏(1)、电容传感器(2)、处理模块(3)和通信模块(4)；LED屏(1)水平布置，LED屏(1)附近有物品(6)，处理模块(3)通过导线连接电容传感器(2)和通信模块(4)，通信模块(4)和云服务器(5)通信连接，电容传感器(2)的传感端差分接入LED屏(1)的行选择选择信号线和列选择信号线；
所述的LED屏(1)是由多个发光二极管按矩阵阵列封装在一起的元器件，每行的发光二极管的同一端通过行选择信号线串接，每列的发光二极管的另一端通过列选择信号线串接，每相邻的两条行选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容，每相邻的两条列选择信号线作为电容的两个极板构成一个差分电容；
所述的电容传感器(2)包括多个LC振荡电路和测试驱动电路，每个LC振荡电路作为一个检测通道，LED屏(1)差分电容两端均连接有一个LC振荡电路，每个LC振荡电路包括并联的一个电感和一个电容，电感和电容连接到LED屏(1)的差分电容两端，各个LC振荡电路均连接到测试驱动电路；
LED屏(1)附近放置物品(6)，通过LED屏(1)的像素行选择和列选择信号线构成的金属网络任意两线之间的差分电容的电容值变化来获取LED屏(1)附近物品(6)信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于LED屏的被动物体探测显示系统，其特征在于：通过处理模块(3)控制LED屏(1)在点亮模式和测试模式之间高速切换：测试模式下LED屏(1)的电容传感器(2)的传感端进行LED屏(1)上物品(6)的电容值的探测，进而处理获得物品(6)的类型；点亮模式下LED屏(1)作为显示屏，显示物品(6)信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于LED屏的被动物体探测显示系统，其特征在于：所述的处理模块(3)接收电容传感器(2)输出的电容值进行判断处理，根据物品对应的电容值进行匹配获得物品是否为该种类型的判断结果，并将判断结果显示在LED屏(1)上。
4.应用于权利要求1所述的被动物体探测显示系统的探测显示方法，其特征在于方法包括以下步骤：
1)控制LED屏(1)工作在测试模式，在LED屏(1)上放置物品(6)，通过电容传感器(2)采集物品(6)对应的电容值，并和正确分类物品(6)对应的预设电容阈值范围N为物品的电容范围进行比较，确定物品(6)的类型；
2)然后将LED屏(1)从测试模式切换为点亮模式，将物品(6)的类型显示在LED屏(1)上，并通过通信模块(4)发送到云服务器(5)；
3)LED屏(1)上取下物品(6)，LED屏(1)的差分电容的电容值又回到初始值，将LED屏(1)切换为测试模式，放置下一个物品(6)回到步骤1)处理。
5.根据权利要求4所述的探测显示方法，其特征在于：所述步骤1)中，经测试驱动电路驱动LC振荡电路工作，LED屏(1)中的差分电容将影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率由测试驱动电路检测获得振荡频率，利用该振荡频率计算LED屏(1)中的差分电容的电容值作为物品(6)对应的电容值。
6.根据权利要求5所述的探测显示方法，其特征在于：测试驱动电路控制LC振荡电路对物品(6)正下方的LED屏(1)中的差分电容进行检测获得电容值。
7.根据权利要求5所述的探测显示方法，其特征在于：所述的LED屏(1)中的差分电容的电容值CSen通过以下公式处理获得：
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_Con是LED屏(1)中行或者列差分电容的频率选择常数，Data是LED屏(1)中行或列的差分电容所采集的28位数据，Fref是处理模块(3)中的系统时钟频率，C2 8表示排列组合，L表示LC振荡电路的电感的电感值，i表示测试次数的序数。
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