CN111381289A - 红外灯自适应环境的障碍物检测方法及移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法及移动设备，包括：获取检测电路中采集得到的第一电压值和第二电压值，所述检测电路包括采集电路和发射电路，所述第一电压值和所述第二电压值为采集电路在所述发射电路位于不同电平输出状态下采集得到的电压值；计算所述第一电压值和所述第二电压值之间的差值；根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。本发明提供了一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法以及装置，通过用软件控制发射电路输出高电平和低电平，采用二者的差值，来屏蔽掉由外界环境导致的误差，使获取到的障碍物数据更准确。

Description

红外灯自适应环境的障碍物检测方法及移动设备

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体而言，本发明涉及一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法以及移动设备。

背景技术

红外灯常用来检测障碍物以及测量距离，特别是在检测障碍物上，比如在可移动的机器设备的悬崖检测上，即采用红外灯来监测该可移动的设备是否在地面上移动，是否位于悬空状态。

在常规的检测电路中，一般包括红外发射电路和红外接收电路，由于设备的使用环境不受控制，比如有强光、阴暗、潮湿、干燥、高温等环境，红外采集端灯采集到的电压会有很大差异，软件根据电压的不同做出动作，容易造成误操作。由于目前常规的软件处理方式，不能自适应环境的改变，导致设备使用受限甚至造成误操作。

发明内容

为克服上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，特提出以下技术方案：

本发明的实施例根据一个方面，提供了一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法，包括：

获取检测电路中采集得到的第一电压值和第二电压值，所述检测电路包括采集电路和发射电路，所述第一电压值和所述第二电压值为采集电路在所述发射电路位于不同电平输出状态下采集得到的电压值；

计算所述第一电压值和所述第二电压值之间的差值；

根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

可选的，

所述第一电压值为所述发射电路输出高电平时所述采集电路采集得到的电压值；

所述第二电压值为所述发射电路输出低电平时所述采集电路采集得到的电压值。

可选的，在获取采集电路采集得到的第一电压值和第二电压值之前还包括：

获取采集电路采集的自然光状态下的额定电压值；

当所述采集电路采集得到电压值大于额定电压值时，控制所述发射电路输出高电平。

可选的，所述根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据的方法包括：

获取预设阈值，所述预设阈值为预先存储的根据所述发射电路与所述采集电路的相对位置关系设置的电压值；

比对所述差值与所述预设阈值的大小，以获取所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

可选的，所述发射电路包括发射端，所述发射端为发射红外光的红外发射灯，所述采集电路包括采集端，所述采集端为用于采集红外光的红外接收管。

可选的，所述采集电路采集得到电压值的方法包括：

所述发射电路控制所述发射端发出红外光的强度；

采集端根据接收到的所述红外光的强度改变自身的导通性能以调节采集电路采集得到的电压值。

可选的，所述发射端与采集端呈锐角设置，以使所述发射端发射的光线经过障碍物反射后被所述采集端接收采集。

可选的，所述发射端与所述采集端沿水平方向上相对设置，用于检测所述发射端与所述采集端之间是否有障碍物。

另一方面，本申请公开一种移动设备，使用上述任意一项所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法进行地检检测。

另一方面，本申请公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述红外灯自适应环境的障碍物检测方法。

本发明提供了一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法及移动设备，通过用软件控制发射电路输出高电平和低电平，采用二者的差值，来屏蔽掉由外界环境导致的误差，使获取到的障碍物数据更准确。本申请可以在发射端不供电的时候，采集了采集端的电压，可以认为发射端不供电或者低电平时采集到的电压，是设备所处环境对红外接收管造成的电压，是接收端的基准电压，做差的方式屏蔽掉了不同环境下，红外接收管的环境造成的不同电压。相比现常规方案，该软件方案更准确可靠。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中的红外灯自适应环境的障碍物检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例的采集端采集电压的方法流程图；

图3为本发明根据差值判断所述红外灯发射方向障碍物数据的方法示意图；

图4为本发明检测电路原理图；

图5为本发明地检状态时红外发射和接收示意图；

图6为本发明识别发射端和接收端之间障碍物的方法示意图；

图7为本发明检测电压值之前控制输出高电平的方法流程图。

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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请公开一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其主要运用在可自动移动的设备中，由于设备可以自动移动，因此为了避免设备移动到台阶位置容易跌落的问题，需要安装一种检测地面的装置以对当前移动的地面进行检测，判断是否移动到台阶位置或者有高度差的地方，以便于及时停止或者转移方向，这种检测地面的方式叫做地检，现有技术中会采用红外线进行检测，但是红外线在发射过程中容易受到外界自然环境的影响，从而导致红外采集端采集的信息差异很大，使测量结果不准确，因此为了提高测量的准确性，本申请公开一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法，请参阅图1，其主要步骤包括：

S1000、获取检测电路中采集得到的第一电压值和第二电压值，所述检测电路包括采集电路和发射电路，所述第一电压值和所述第二电压值为采集电路在所述发射电路位于不同电平输出状态下采集得到的电压值；

这里的检测电路包括发送红外线的发射电路以及采集接收该红外线的采集电路，发射电路的红外线发射端发射的红外线的强度不同，采集电路的采集端采集的红外线的强度也不一样，在本申请中，红外线发送的强弱由发射电路的电压来控制，红外线发射电路朝向地面发射红外线，红外线接触地面后弹回，被采集端采集。

为了让采集端更好的采集红外光线，需调整好发射电路的发射端与采集端，以使发射端发射的红外线经过地面反射后能最大化地被采集端采集到，在一实施例中，发射端与采集端是呈一定角度的，优选的一种方式是，所述发射端与采集端呈角度设置，所述发射端发射红外光线的方向与所述采集端接收红外光线的方向呈锐角设置；只要确保发射端发现的红外线与地面的夹角与红外线接触地面后弹回去的红外线与地面的夹角保持一致即可。

在另一实施例中，为了确保设备能在凹凸不平的地面上移动，可在红外线可能的返回区域设置多个采集端，以便于确定红外线返回的角度了位置，根据采集的角度和位置，确定当前设备移动时距离地面的位置。

在另一实施例中，发射端与采集端位于同一直线上，此种方式，发射端垂直向下发射红外线，红外线接触地面后垂直向上反射回来使位于发射端正上端或者正下端的采集端。

在本申请中，所述检测电路中采用远距离红外发射与红外接收进行障碍物检测，即检测电路的发射电路中的发射端和采集电路中的采集端是通过红外发送与红外接收的方式进行光线的发射和光线的接收的。请参阅图2，所述采集电路采集得到电压值的方法包括：

S1100、所述发射电路控制所述发射端发出红外光的强度；

S1200、采集端根据接收到的所述红外光的强度改变自身的导通性能以调节采集电路采集得到的电压值。

具体的，在一实施例中，发射端包括一红外灯，通过发射电路的电压驱动红外灯发射，电压越高，红外灯发射的强度越大，采集端包括一红外接收管，该红外接收管连接在采集电路上，该红外接收管为根据接收到的光线的强弱进行导通与直接的发光二极管，其工作原理类似于光敏二极管，在有红外光照射的情况下，红外接收管所在的电路导通，且随着光线的增大，流经红外接收管的电流增大，红外接收管两端的电压变小，当无红外光照照射的情况下，红外接收管内不导通，使红外接收管两端的电压值达到最大值。基于此，可通过检测采集电路上的某一位置的电压值来获取输出电压，从而将光信号转变成电信号。

在另一实施例中，红外接收管还可替换成光敏二极管，特别是能够接收红外线的光敏二级管。比如扩散型的PN光电二极管，其刚度范围为400-1000nm，除了感应波长为390nm-780nm的可见自然光，还覆盖感应了波长为760nm以上的部分红外光线。只需要采用发射的波长为1000nm-760nm之间的近红外光线的红外灯即可实现本申请的目的。通过检测采集电路上电压的变化值，可知道发射电路上控制红外灯的电路的电压值，当红外灯上电压值越高，红外灯发射的光越强，光敏二极管导通，有电流通过；当红外灯电压值越低，红外灯发射的光越弱，光敏二极管流过的电流较小或者无电流流过，通过检测采集电路上任意一点的电压则可将光信号转变成电信号进行处理。同样，当光敏元器件为光敏电阻时，光敏电阻随感应到的光的强度越强，电阻值越小，当感应到的光的强度越弱时，光敏电阻的电阻值越大，在采集电路中某一点采集相关的电压变化值，将光信号转变成电信号。

基于以上原理，本申请的目的是减小自然光对采集端的干涉问题，因此，需要测量得到自然光对采集端光敏元器件的干扰值，而这个干扰值，可通过控制发射电路的不同电平，使采集端产生不同的电压值来得到。

S2000、计算所述第一电压值和所述第二电压值之间的差值；

通过不同电平输出的发射电路，发射端上的红外灯发出不同光亮的红外线，采集电路上采集的电压值也不同，因此，根据两个不同的输入，得到两个不同的输出，将采集端采集得到的不同发射电路输出情况下获得的第一电压值和第二电压值作差，即可得到一个电压差。

S3000、根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

根据上述方式获得差值，可判断红外发射方向的障碍物的距离情况。这里的障碍物，可以理解为地面，当上述发射端的红外线是朝地面发射，且与之适配工作的采集端是接收来自于地面反射回来的红外光线时，可用于检测地面的距离，但是当发射端的红外线是向前方水平方向发射时，则可用于检测移动设备在水平方向上的障碍物的距离情况。

在一实施例中，本申请的所述第一电压值为所述发射电路输出高电平时所述采集电路采集得到的电压值；所述第二电压值为所述发射电路输出低电平时所述采集电路采集得到的电压值。

红外灯输出高电平时，此时红外灯发出红外光，采集端采集红外光线以及外界的环境光，使采集电路上采集得到的电压值为第一电压值；红外灯所在的发射电路输出低电平时，红外灯不发光，此时只有外界环境光对采集端造成影响，理想状态下，当发射电路输出低电平时，采集端采集到的光线只有外界的自然光，采集电路输出第二电压值。

进一步的，请参阅图3，所述根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据的方法包括：

S3100、获取预设阈值，所述预设阈值为预先存储的根据所述发射电路与所述采集电路的相对位置关系设置的电压值；

预设阈值为判断红外线发射方向的障碍物情况的参数值，通常这个阈值为根据实际的应用场景，通过试验得出的最佳临界值，比如该检测方法是用于检测地面时，预设阈值为根据发射端和接收端与地面的高度，按照上述方法除去自然光干扰情况下，能检测到正常移动状态下的地面高度、在高电平输出状态下，采集端采集到的临界电压值。

S3200、比对所述差值与所述预设阈值的大小，以获取所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

通过步骤S2000获取了由第一电压值和第二电压值之间的差值表示除去自然光干扰之后的电压值，因此可将该差值与预设阈值进行对比，从而识别出障碍物的情况以及相关数据。

上述公开的差值与预设阈值进行对比，可得到两种结果，一种是当差值大于预设阈值的情况，由于预设阈值为一个临界值，可以理解其为作为判断的最低标准值，通过将差值与这个标准值进行对比，则得到障碍物的相关数据，比如是否有障碍物，若经过进一步的计算，还可得到具体的障碍物的距离。

在一实施例中，请参阅图4，本申请的检测电路中，发射电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、红外灯D2，其中第一电阻R1一端连接电平输出端，另一端与三极管Q1的基极连接，第二电阻R2一端连接5V的电源，另一端与三级管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与红外灯D2的阳极连接，红外灯D2的阴极接地。本申请中采集电路包括第三电阻R3、红外接收管D1，其中红外接收管D1与红外灯D2对应，感应红外灯D2发射的红外光，红外接收管D1的阴极接地，阳极连接第三电阻R3，第三电阻R3还与5V的电源电压连接，在采集电路中电压采集的点设置在第三电阻R3与红外接收管D1的阳极之间，即采集第三电阻R3两端的电压值。

基于以上电路，检测端，即ADC采样端检测到的电压值为红外接收管D1上的电压值，本申请的技术方案运用在地检过程中时，请参阅图5，红外灯D2与红外接收管D1之间呈夹角设置，在有地面(障碍物)的情况下，红外接收管D1能接收到红外灯D2发射地面后又反射回来的光线，当电平输出端输出高电平时，红外光线强，红外接收管D1接收红外光线而导通，流过红外接收管D1的电流较大，从而使与之串联的第三电阻R3两端的电压值变大，而红外接收管D1两端的第一电压值S1较小，当发射端输出低电平，光照弱时，红外接收管D1阻值较大而流过的电流较小，此时第二电压值S2较大，此时S＝S2-S1的值较大。需要说明的是，当输出低电平时，没有红外光线发射出来，红外接收管D1只能接收周围的自然光，由于红外接收管D1可能接收到部分波长接近于红外光线的自然光，因此红外接收管D1可能并不是理想状态下的截止不导通状态，而是小部分导通，但是此时红外接收管D1两端的第二电压值较大。

在一实施例中,当移动设备不在地面上移动或者距离支撑物之间的距离较远时，此时，在高电平输出状态下，虽然发射端的红外光线较强，但是采集端采集的红外线较少，相对而言，此时红外接收管D1两端的第一电压值S1就较大，而在低电平输出状态下，采集端采集得到的第二电压值S2的大小与在地面上移动时的状态一样，都为采集自然光，且第二电压值S2也很大，此时，第一电压值S1和第二电压值S2之间的差值S＝S2-S1较小，甚至接近于一样，因此可设置一个预设阈值S3，当S≥S3时这个预设阈值S3时，表示有地面(障碍物)或者距离地面较近，当S＜S3时，则表示无地面作为障碍物，或者距离地面较远。本申请除了使用在地检上，还可以用于检测移动方向有无障碍物，其判断方式与上述地检的一样。

在另一实施例中，请参阅图6，本申请用于判断发射端与采集端之间是否有障碍物。当用于检测发射端与采集端之间是否有障碍物时，在有障碍物的情况下，当发射端为高电平输出时，采集端采集不到红外光线，此时第一电压值S1较大，当发射端为低电平时，采集端采集的也为自然光影响下产生的第二电压值S2，则差值S＝S2-S1较小，可能趋近于0。当没有障碍物的情况下，采集端可以很容易采集到红外光线，因此，当在高电平输出时，采集端采集红外光线，第一电压值S1较小，而在低电平输出时，采集端采集不到红外光线，第二电压值S2较大，此时S＝S2-S1的值较大，因此此时，可根据应用场景，设置预设阈值S4，当S≥S4时，没有障碍物，当S＜S4时，为有障碍物的情况。本申请的判断标准根据应用场景的不同而不同。

本申请中，请参阅图7，在获取采集电路采集得到的第一电压值和第二电压值之前还包括：

S4000、获取采集电路采集的自然光状态下的额定电压值；

S5000、当所述采集电路采集得到电压值大于额定电压值时，控制所述发射电路输出高电平。

额定电压值为采集端采集得到的电压值，这个电压值不同于预设阈值，其用于判断是否有必要开启高电平来进行障碍物检测。本申请中，发射电路中可以按照一定的频率输出高电平与低电平，以便于定时检测当前的障碍物情况，在另一实施例中，可通过采集端感应自然光感应到一定值时才触发发射电路输出高电平，原因在于，当在地检过程中，在快要到地面的边缘位置时，自然光的强度可能会发生一定的变化，或者在检测前方障碍物或者发射端与采集端的障碍物时，在有障碍物的情况下会遮挡一部分自然光，因此采集端采集的自然光会发生一定的变化，自然光中的某些波长接近于红外光的光线也会被红外接收管接收到，因此通过这一原理，可设置一个额定电压值，来判断当前是否有触发发射电路产生高电平的输出以进行障碍物检测，这种方式无线长时间开启高电平，更为节约电能。

基于以上原理，本申请公开一种移动设备，使用上述任意一项所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法进行地检检测。这种移动设备可以是扫地机器人或者其他的可移动的机器设备，一种可行的应用为，发射端和接收端分别安装在移动设备的码盘上，且发射和接收呈交度数值，以便于采集端接收由发射端发送的红外光线经地面反射的红外光线。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述红外灯自适应环境的障碍物检测方法。

本发明实施例提供的计算机可读存储介质适用于上述红外灯自适应环境的障碍物检测方法实施例，在此不再赘述。

本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，包括：

获取检测电路中采集得到的第一电压值和第二电压值，所述检测电路包括采集电路和发射电路，所述第一电压值和所述第二电压值为采集电路在所述发射电路位于不同电平输出状态下采集得到的电压值；

计算所述第一电压值和所述第二电压值之间的差值；

根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

2.根据权利要求1所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，

所述第一电压值为所述发射电路输出高电平时所述采集电路采集得到的电压值；

所述第二电压值为所述发射电路输出低电平时所述采集电路采集得到的电压值。

3.根据权利要求2所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，在获取采集电路采集得到的第一电压值和第二电压值之前还包括：

获取采集电路采集的自然光状态下的额定电压值；

当所述采集电路采集得到电压值大于额定电压值时，控制所述发射电路输出高电平。

4.根据权利要求3所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，所述根据所述差值判断所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据的方法包括：

获取预设阈值，所述预设阈值为预先存储的根据所述发射电路与所述采集电路的相对位置关系设置的电压值；

比对所述差值与所述预设阈值的大小，以获取所述发射电路的光线发射方向的障碍物数据。

5.根据权利要求1所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，所述发射电路包括发射端，所述发射端为发射红外光的红外发射灯，所述采集电路包括采集端，所述采集端为用于采集红外光的红外接收管。

6.根据权利要求5所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，所述采集电路采集得到电压值的方法包括：

所述发射电路控制所述发射端发出红外光的强度；

采集端根据接收到的所述红外光的强度改变自身的导通性能以调节采集电路采集得到的电压值。

7.根据权利要求6所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，所述发射端与采集端呈锐角设置，以使所述发射端发射的光线经过障碍物反射后被所述采集端接收采集。

8.根据权利要求6所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法，其特征在于，所述发射端与所述采集端沿水平方向上相对设置，用于检测所述发射端与所述采集端之间是否有障碍物。

9.一种移动设备，其特征在于，使用上述权利要求1-8任意一项所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法进行地检检测。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的红外灯自适应环境的障碍物检测方法。

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