CN111210567B - 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法 - Google Patents

一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111210567B
CN111210567B CN201911418149.0A CN201911418149A CN111210567B CN 111210567 B CN111210567 B CN 111210567B CN 201911418149 A CN201911418149 A CN 201911418149A CN 111210567 B CN111210567 B CN 111210567B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitance
commodity
goods
sensor
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911418149.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111210567A (zh
Inventor
季彬浩
皇甫江涛
范腾龙
叶生晅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Curtain Craftsmanship Technology Hangzhou Co ltd
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Curtain Craftsmanship Technology Hangzhou Co ltd
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Curtain Craftsmanship Technology Hangzhou Co ltd, Zhejiang University ZJU filed Critical Curtain Craftsmanship Technology Hangzhou Co ltd
Priority to CN201911418149.0A priority Critical patent/CN111210567B/zh
Publication of CN111210567A publication Critical patent/CN111210567A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111210567B publication Critical patent/CN111210567B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07F—COIN-FREED OR LIKE APPARATUS
    • G07F11/00—Coin-freed apparatus for dispensing, or the like, discrete articles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07F—COIN-FREED OR LIKE APPARATUS
    • G07F9/00—Details other than those peculiar to special kinds or types of apparatus
    • G07F9/02—Devices for alarm or indication, e.g. when empty; Advertising arrangements in coin-freed apparatus
    • G07F9/023—Arrangements for display, data presentation or advertising

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Warehouses Or Storage Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法。货盒包括货盒底板和货盒承载板，货盒承载板上置有商品，货盒承载板置于货盒底板上，压力传感器安置在货盒底板上，电容传感器布置在货盒承载板表面，电容传感器连接到处理模块，压力传感器通过导线经A/D转换模块连接到处理模块，处理模块分别通信模块和显示模块连接；商品包装的材质和体积影响电容传感器中被测电容的电容值变化，根据商品对应的重量和电容值作为不同种类商品的特征信息，分析处理得到商品的种类。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情况下区别不同材质不同体积的商品。

Description

一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法
技术领域
本发明涉及一种智能无线货盒系统，尤其是涉及了一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和商品分类识别方法。
背景技术
物联网的出现，打破了以往物物间孤立无联系的瓶颈，让人与人、物与物、人与物之间自此建立起了更加紧密的联系。站在物联网的视野下，通过采用创新性的行业物联网整体解决方案，将会实现人与物的完美交互，促进人与物质世界的融和，让一切变的更加智能、高效与便捷。新零售是依托人工智能和物联网等先进技术对于固有零售业态结构及生态圈进行赋能和升级。
随着新零售的迅速发展，智能售货机类型越来越多样化，根据商品出货方式来分，可分为弹簧机、履带机、蛇形货道机、RFID方式的冰柜机、重力感应售货机。压力传感器技术通过传感器感应货架上的重量变化，以此来检测货物被取走或放回的行为。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商品的电容值变化。
重力感应有一个缺点是等量替换不能识别，而电容传感器面对相同材料的不同物体也无法准确识别。因此需要一个系统能结合压力和电容传感器实现商品的智能识别和无线商品状态监控，能够在不采用摄像头情况下区别不同材质不同体积的商品。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供了一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和压力和电容传感的商品识别方法，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情况下区别不同材质不同体积的商品。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一、一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统：包括货盒、压力传感器、电容传感器、A/D转换模块和处理模块；货盒包括上下水平布置的货盒底板和货盒承载板，货盒承载板上置有商品，货盒承载板置于货盒底板上，压力传感器安置在货盒底板上，电容传感器布置在货盒承载板表面，电容传感器连接到处理模块，压力传感器通过导线经A/D转换模块连接到处理模块，处理模块分别通信模块和显示模块连接，通信模块连接到远程的云服务器。
所述的A/D转换模块用于将压力传感器的输出电压值进行放大和A/D转换。
所述的电容传感器包括多个检测通道、多路复用器和微处理器，每个检测通道包括一个电感、一个电容、驱动电路，电感和电容并联组成LC振荡电路，被测电容并联在LC振荡电路两端，LC振荡电路连接到驱动电路，多个检测通道的驱动电路经多路复用器连接到微处理器。
所述的压力传感器采集的压力信号转换为电阻值进而转换为输出电压值，对电压值分析处理获得货盒承载板上的商品重量。
所述的处理模块读取经A/D转换模块处理输出的重量，并接收电容传感器输出的电容值进行判断处理，根据商品对应的重量和电容值进行匹配获得商品是否为该种类型的判断结果，并将判断结果显示在显示模块上。
二、一种基于上述智能无线货盒系统的商品压力和电容传感检测方法：方法包括以下步骤：
1)在货盒承载板上未放置商品，即在无商品状态下，通过压力传感器和电容传感器分别采集商品的重量和电容值，该重量为作为毛皮重量；
2)然后在货盒承载板上放置商品，商品引起压力传感器和电容传感器的读数变化，通过压力传感器和电容传感器分别采集商品的重量和电容值作为特征信息；
3)将步骤2)获得的重量减去步骤1)的毛皮重量获得的差值与重量阈值范围M进行比较：
如果差值不在重量阈值范围M内，则不是重量阈值范围M对应种类的商品，不进行以下处理；
如果差值在重量阈值范围M内，则进行下一步再进行电容值的判断；
4)通过电容值判断商品的类型；
如果电容值不在电容阈值范围N内，则不是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
如果电容值在电容阈值范围N内，则是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
5)将该种类商品的商品信息显示在显示模块上，并通过通信模块发送到云服务器。
所述步骤1)和步骤2)中，电容传感器中的微处理器经多路复用器控制驱动电路驱动LC振荡电路工作，被测电容影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率由驱动电路检测再经多路复用器发送到微处理器，微处理器中处理计算获得振荡频率，利用该振荡频率计算电容传感器中被测电容的电容值。
所述的电容传感器中被测电容的电容值CSEN通过以下公式处理获得：
Figure BDA0002351710820000031
Figure BDA0002351710820000032
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_CHx是电容传感器中检测通道配置的频率选择常数，Datax是电容传感器中每个检测通道采集的28位数据，Frefx是微处理器的系统时钟频率，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情况下区别不同材质不同体积的商品。
附图说明
图1是货盒的模块分布图。
图2是本发明的系统连接示意图。
图3是电容测量原理框图。
图4是商品检测算法流程图。
图中：1.货盒：1-a.货盒底板、1-b.货盒承载板，2.压力传感器，3.电容传感器，4.A/D转换模块，5.处理模块，6.显示模块，7.通信模块，8.云服务器，9.商品。
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，包括货盒1、压力传感器2、电容传感器3、A/D转换模块4和处理模块5；货盒1包括上下水平布置的货盒底板1-a和货盒承载板1-b，货盒底板1-a上置有商品9，货盒承载板1-b置于货盒底板1-a上，压力传感器2安置在货盒底板1-a上，位于货盒底板1-a和货盒承载板1-b之间，电容传感器3采用差分输入配置，电容传感器3布置在货盒承载板1-b表面，其他模块都放置在货盒的底板。如图1和图2所示，电容传感器3连接到处理模块5，压力传感器2通过导线经A/D转换模块4连接到处理模块5，理模块5分别通信模块6和显示模块7连接，通信模块6连接到远程的云服务器8。具体实施中，处理模块5采用单片机。
A/D转换模块4用于将压力传感器2的输出电压值进行放大和A/D转换。
如图3所示，电容传感器3包括多个检测通道、多路复用器和微处理器，每个检测通道包括一个电感、一个电容、驱动电路，电感和电容并联组成LC振荡电路，被测电容并联在LC振荡电路两端，LC振荡电路连接到驱动电路，多个检测通道的驱动电路经多路复用器连接到微处理器。
压力传感器2采集的压力信号转换为电阻值进而转换为输出电压值，对电压值分析处理获得货盒承载板1-b上的商品9重量。
处理模块5读取经A/D转换模块4处理输出的重量，并接收电容传感器3输出的电容值进行判断处理，根据商品对应的重量和电容值进行匹配获得商品是否为该种类型的判断结果，并将判断结果显示在显示模块7上。
由于不同商品9具有不同的重量变化和介电特性，同时商品9包装的材质和体积会影响电容传感器3中的介电参数，进而会影响电容传感器3中被测电容的电容值变化，这样同时获取商品9对应的重量和电容值，以重量和电容值作为不同种类商品的特征信息，对重量和电容值进行分析处理得到商品的种类。
在货盒上商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，可以准确识别商品的类型，在将商品信息显示在显示模块7上的同时能通过通信模块6将商品信息发送到云服务器8上，实现货盒的智能识别和无线商品状态监控。
不同材质和体积的商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”。
具体实施中，压力传感器2的型号为YZC-167，量程75千克。YZC-167是一款应变式压力传感器，可以将被测压力转换为相应电阻值的变化，进而转换为输出电压值的变化。A/D转换模块4选用HX711 A/D转换模块，可对传感器获得的电压值做放大和A/D转换及即可得到电压数据。处理模块5可选用STM32微处理器。
如图4所示，本发明的实施识别过程包括以下步骤：
1)在货盒承载板1-b上未放置商品9，即在无商品状态下，通过压力传感器2和电容传感器3分别采集商品9的重量和电容值，该重量为作为毛皮重量；
2)然后在货盒承载板1-b上放置商品9，商品9引起压力传感器2和电容传感器3的读数变化，通过压力传感器2和电容传感器3分别采集商品9的重量和电容值作为特征信息；
步骤1)和步骤2)中，微处理器经多路复用器控制驱动电路驱动LC振荡电路工作，LC振荡电路自身产生一个振荡频率，被测电容影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率和电容值对应，振荡频率由驱动电路检测再经多路复用器发送到微处理器，微处理器中处理计算获得振荡频率，利用该振荡频率计算LC振荡电路中电容的电容值。这样灵敏度高，有很强的抗电磁干扰能力，并降低噪声。
电容传感器3的LC振荡电路中被测电容的电容值CSEN通过以下公式处理获得：
Figure BDA0002351710820000051
Figure BDA0002351710820000052
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_CHx是电容传感器中检测通道配置的频率选择常数，Datax是电容传感器中每个检测通道采集的28位数据，Frefx是电容传感器3中微处理器的参考时钟频率，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。fCHx表示振荡频率。
3)将步骤2)获得的重量减去步骤1)的毛皮重量获得的差值与重量阈值范围M进行比较：
如果差值不在重量阈值范围M内，则不是重量阈值范围M对应种类的商品，不进行以下处理；
如果差值在重量阈值范围M内，则进行下一步再进行电容值的判断；
通过已知实验获得所需检测种类商品的重量阈值范围M和电容阈值范围N，若采集到的商品9的重量和电容值分别在阈值范围M和N内，则确定商品9的类型。
4)通过电容值判断商品的类型；
如果电容值不在电容阈值范围N内，则不是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
如果电容值在电容阈值范围N内，则是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
5)将该种类商品9的商品信息显示在显示模块6上，并通过通信模块6发送到云服务器8，实现识别和无线商品状态监控。其中显示模块选用OLED模块，通信模块选用WiFi模块。

Claims (6)

1.一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统，其特征在于：包括货盒(1)、压力传感器(2)、电容传感器(3)、A/D转换模块(4)和处理模块(5)；货盒(1)包括上下水平布置的货盒底板(1-a)和货盒承载板(1-b)，货盒承载板(1-b)上置有商品(9)，货盒承载板(1-b)置于货盒底板(1-a)上，压力传感器(2)安置在货盒底板(1-a)上，电容传感器(3)布置在货盒承载板(1-b)表面，电容传感器(3)连接到处理模块(5)，压力传感器(2)通过导线经A/D转换模块(4)连接到处理模块(5)，处理模块(5)分别与通信模块(6)和显示模块(7)连接，通信模块(6)连接到远程的云服务器(8)；
所述的电容传感器(3)采用差分输入配置，包括多个检测通道、多路复用器和微处理器，每个检测通道包括一个电感、一个电容、驱动电路，电感和电容并联组成LC振荡电路，被测电容并联在LC振荡电路两端，LC振荡电路连接到驱动电路，多个检测通道的驱动电路经多路复用器连接到微处理器；
所述的处理模块(5)读取经A/D转换模块(4)处理输出的重量，并接收电容传感器(3)输出的电容值进行判断处理，根据商品对应的重量和电容值进行匹配获得商品对应类型的判断结果，并将判断结果显示在显示模块(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统，其特征在于：所述的A/D转换模块(4)用于将压力传感器(2)的输出电压值进行放大和A/D转换。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统，其特征在于：所述的压力传感器(2)采集的压力信号转换为电阻值进而转换为输出电压值，对电压值分析处理获得货盒承载板(1-b)上的商品(9)重量。
4.应用于权利要求1-3任一所述智能无线货盒系统的商品压力和电容传感检测方法，其特征在于：方法包括以下步骤：
1)在货盒承载板(1-b)上未放置商品(9)，即在无商品状态下，通过压力传感器(2)和电容传感器(3)分别采集商品(9)的重量和电容值，该重量为作为毛皮重量；
2)然后在货盒承载板(1-b)上放置商品(9)，商品(9)引起压力传感器(2)和电容传感器(3)的读数变化，通过压力传感器(2)和电容传感器(3)分别采集商品(9)的重量和电容值作为特征信息；
3)将步骤2)获得的重量减去步骤1)的毛皮重量获得的差值与重量阈值范围M进行比较：
如果差值不在重量阈值范围M内，则不是重量阈值范围M对应种类的商品，不进行以下处理；
如果差值在重量阈值范围M内，则进行下一步再进行电容值的判断；
4)通过电容值判断商品的类型；
如果电容值不在电容阈值范围N内，则不是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
如果电容值在电容阈值范围N内，则是重量阈值范围M和电容阈值范围N对应种类的商品；
5)将该种类商品(9)的商品信息显示在显示模块上，并通过通信模块(6)发送到云服务器(8)。
5.根据权利要求4所述的商品压力和电容传感检测方法，其特征在于：
所述步骤1)和步骤2)中，电容传感器(3)中的微处理器经多路复用器控制驱动电路驱动LC振荡电路工作，被测电容影响LC振荡电路的振荡频率，振荡频率由驱动电路检测再经多路复用器发送到微处理器，微处理器中处理计算获得振荡频率，利用该振荡频率计算电容传感器(3)中被测电容的电容值。
6.根据权利要求5所述的商品压力和电容传感检测方法，其特征在于：
所述的电容传感器(3)中被测电容的电容值CSEN通过以下公式处理获得：
Figure FDA0003013104300000021
Figure FDA0003013104300000022
其中，C是LC振荡电路中电容的电容值，Fre_CHx是电容传感器中检测通道配置的频率选择常数，Datax是电容传感器中每个检测通道采集的28位数据，Frefx是微处理器的系统时钟频率，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。
CN201911418149.0A 2019-12-31 2019-12-31 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法 Active CN111210567B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911418149.0A CN111210567B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911418149.0A CN111210567B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111210567A CN111210567A (zh) 2020-05-29
CN111210567B true CN111210567B (zh) 2021-07-06

Family

ID=70788377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911418149.0A Active CN111210567B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111210567B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050190072A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-01 Brown Katherine A. Item monitoring system and methods of using an item monitoring system
CN102033668A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 智点科技（深圳）有限公司 一种电容式触控屏
CN206546607U (zh) * 2017-03-14 2017-10-10 帮团成都电子商务有限责任公司 一种自动售货机及售货亭
CN108572393A (zh) * 2018-08-16 2018-09-25 湖南金码智能设备制造有限公司 一种基于电容检测的自动售货机的接货盒及其接货方法
CN209785129U (zh) * 2019-06-18 2019-12-13 富士电机（中国）有限公司 自动售货机

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9911290B1 (en) * 2015-07-25 2018-03-06 Gary M. Zalewski Wireless coded communication (WCC) devices for tracking retail interactions with goods and association to user accounts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050190072A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-01 Brown Katherine A. Item monitoring system and methods of using an item monitoring system
CN102033668A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 智点科技（深圳）有限公司 一种电容式触控屏
CN206546607U (zh) * 2017-03-14 2017-10-10 帮团成都电子商务有限责任公司 一种自动售货机及售货亭
CN108572393A (zh) * 2018-08-16 2018-09-25 湖南金码智能设备制造有限公司 一种基于电容检测的自动售货机的接货盒及其接货方法
CN209785129U (zh) * 2019-06-18 2019-12-13 富士电机（中国）有限公司 自动售货机

Also Published As

Publication number Publication date
CN111210567A (zh) 2020-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101358868A (zh) 电容式液位传感器及应用该传感器的液位检测装置
JP2013531311A (ja) Ｒｆｉｄセンサの統合質問のための方法及びシステム
US11514766B1 (en) Detecting interactions with storage units based on RFID signals and auxiliary signals
CN108140188A (zh) 欺诈检测系统和方法
CN102759546A (zh) 基于无线射频识别的在线检测粮食水分含量的装置及方法
CN104155350A (zh) 一种频率测量法测粮食水分含量的方法
CN111210567B (zh) 一种基于压力和电容传感交互的智能无线货盒系统和方法
CN111738665B (zh) 用于陈列物品的智能设备和物品监测的方法
Ruhanen et al. Sensor-enabled RFID tag handbook
CN109741531A (zh) 一种无人重力感应售货柜重量校准方法
CN104573589A (zh) 基于射频标签信号特征检测的商品移动监测方法及系统
CN105067215A (zh) 一种跌落碰撞测试数据的获取方法及系统
CN208444367U (zh) 商品识别装置及自动售货机
CN105628710A (zh) 物料检测系统及其检测方法
CN108375934A (zh) 一种智能厨房数据采集系统
CN113538784B (zh) 智能货柜以及物品识别方法
CN111272061B (zh) 纸箱内部锡箔纸盒形变电涡流无损检测装置与方法
CN203798351U (zh) 一种商品过度包装智能检测系统
CN111158054B (zh) 一种基于led屏的被动物体探测显示系统及方法
CN105374106A (zh) 一种atm机纸币检测装置及检测方法
US20200056927A1 (en) Warehouse System Capable of Detecting Load Quantity Variations by Using Gravity Sensors
CN201548705U (zh) 封箱机缺条检测器
CN112034910A (zh) 一种基于大数据的物流容器监控平台
CN208213692U (zh) 一种在线物流用自动分拣装置
CN113222415B (zh) 一种柔性智能包装技术集成系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant