CN113075134B - 一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置 - Google Patents

一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置，通过光电传感器发出调制光信号，接收并转换成电信号，将输出的电信号与预设的电信号数据进行对比，筛选出与电信号大小相对应的地面材质类型，从而判定地面材质类型，扫地机根据地面材质选择合适的清扫强度和吸力，避免清扫不干净或者损坏地面材质，提高了扫地机的便利性和用户的体验性。

Description

一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置。
背景技术
随着社会文明的发展进步，各种人工智能产品不断应用于人类生活的各个方面，在家庭生活中，房屋清洁作为日常很重要的步骤，为了将用户从日常的清扫工作中解放出来，出现了扫地机，可以使用扫地机自动完成家庭的清扫工作。
随着扫地机的广泛应用，扫地机所应用的打扫空间的地面材质类型也日趋丰富，不同的地面材质类型面临着不同的打扫需求，需要调节不同的清扫强度和吸力。
然而传统的扫地机难以准确地识别地面材质，导致地面清扫不干净，或采用错误的方式清扫，而损坏地面材质。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置。
为了解决上述问题，本发明公开了一种应用于扫地机的目标材质分析方法，包括如下步骤：
光电传感器向地面发出调制光信号；
所述光电传感器接收地面反射的反射光信号；并将所述反射光信号转换成第一电信号；
对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；
根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型。
在一个优选实施方式中，所述光电传感器向地面发出调制光信号，包括：
通过预设的调制脉冲光源向地面发射预设频率的发射脉冲光。
在一个优选实施方式中，所述根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型的过程，包括：
将所述第二电信号大小与预设的电信号数据进行比对，筛选出符合所述第二电信号大小的地面材质类型；其中，各所述电信号数据与各地面材质一一对应。
为了实现上述目的，本发明还提供一种应用于扫地机的目标材质分析装置，包括：
发光电路模块，光电传感器向地面发出调制光信号；
接收电路模块，光电传感器接收地面反射的反射光信号，并将所述反射光信号转换成第一电信号；
放大电路模块，对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；
判定模块，根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型。
在一个优选实施方式中，所述发光电路模块包括：
一个发光二极管LED1和一个三极管Q3，所述发光二极管LED1的正极接VCC供电端，所述发光二极管LED1的负极到所述三极管Q3的c极，到所述三极管Q3的e极；或，包括：
一个电阻R5、一个发光二极管LED1和一个三极管Q3，所述电阻R5的一端接VCC供电端，所述电阻R5的另一端到发光二极管的正极，到所述发光二极管的负极，到所述三极管Q3的c极，到所述三极管Q3的e极；
所述三极管Q3的b极与脉冲信号端相连。
在一个优选实施方式中，所述接收电路模块包括：
一个光敏三极管Q2、一个电阻R3、一个电容C1，所述光敏三极管Q2包括一个感光区和一个基极引脚，所述感光区用于接收反射光信号，所述基极引脚与Q2的c极相连，所述Q2的c极与VCC供电端相连，所述Q2的e极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与电容C1的正极相连，所述电容C1的负极接地。
在一个优选实施方式中，所述基极引脚与c极之间设有电阻R1，所述基极引脚与三极管Q1的c极相连，所述Q1的b极与所述电容C1的正极相连，所述Q1的e极接地。
在一个优选实施方式中，所述Q1的e极通过电阻R2接地。
在一个优选实施方式中，所述Q2的e极通过一电阻R4接地，所述Q2的e极还与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极与电容C2的正极相连，所述电容C2的负极接地，所述二极管D1的负极还与VOUT输出端相连；
所述VOUT输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输入端连接到MCU。
为了实现上述目的，本发明提供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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的应用于扫地机的目标材质分析方法。
本发明实施例包括以下优点：通过光电传感器发出调制光信号，接收反射光信号并转换成电信号，将放大输出的电信号与预设的电信号数据进行比对，筛选出与电信号大小相对应的地面材质类型，从而判定地面材质类型，能够避免扫地机选择不合适的清扫强度和吸力，避免清扫不干净或者损坏地面材质；且具有感光区与基极引脚的光敏三极管与RC振荡电路组成的光电传感器，使其只接收调制的特定频率脉冲光，避免自然光等光源对光电传感器产生干扰，导致无法对地面材质进行准确的判定；通过将发射脉冲光源集成到传感器电路中，使整个装置结构更加紧凑，不仅节省空间，同时简化电路设计，从而节省成本。
附图说明
图1是本发明的一种应用于扫地机的目标材质分析方法其中一种实施例的步骤流程图；
图2是本发明的一种应用于扫地机的目标材质分析方法另一实施例的步骤流程图；
图3是本发明的一种应用于扫地机的目标材质分析装置实施例的结构框图；
图4是本发明的一种应用于扫地机的目标材质分析装置实施例的电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例的核心构思之一在于，通过光电传感器发出调制光信号，接收反射光信号并转换成电信号，将放大输出的电信号与预设的电信号数据进行比对，筛选出与电信号大小相对应的地面材质类型，从而判定地面材质类型。
参照图1和图2，示出了本发明的一种应用于扫地机的目标材质分析方法实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
S101，光电传感器向地面发出调制光信号；
进一步地，通过预设的调制脉冲光源向地面发射预设频率的发射脉冲光，其中，发射预设频率为150～250HZ；
S102，所述光电传感器接收地面反射的反射光信号，并将所述反射光信号转换成第一电信号，其中，第一电信号包括：电压、电流、功率。
S103，对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号。
S104，根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型；
进一步地，所述根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型的过程，包括：
S1041，将所述第二电信号大小与预设的电信号数据进行比对，筛选出符合所述第二电信号大小的地面材质类型；其中，各所述电信号数据与各地面材质一一对应。
可理解的，一般地，吸光能力：大理石地面<木地板<地毯，因此，反射光强度：大理石地面>木地板>地毯，因此，光敏三极管吸收光的强度不同，从而转换的电信号大小不同，吸收的光强度越大，转换的电信号就越大，输出的电信号就越大，吸收的光强度越小，转换的电信号就越小，输出的电信号就越小，从而筛选出与电信号大小相对应的地面材质类型，从而判定地面材质类型，扫地机可根据地面材质类型选择扫地机的清扫强度和吸力，避免清扫不干净或者损坏地面材质。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图3，示出了本发明的一种测距装置实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：
发光电路模块100，光电传感器向地面发出调制光信号；
接收电路模块200，光电传感器接收地面反射的反射光信号，并将所述反射光信号转换成第一电信号；
放大电路模块300，对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；
判定模块400，根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型。
进一步地，所述发光电路模块包括：
一个发光二极管LED1和一个NPN型三极管Q3，所述发光二极管LED1的正极接VCC供电端，所述发光二极管LED1的负极到所述三极管Q3的c极，到所述三极管Q3的e极；或，包括：
一个电阻R5、一个发光二极管LED1和一个三极管Q3，所述电阻R5的一端接VCC供电端，所述电阻R5的另一端到发光二极管的正极，到所述发光二极管的负极，到所述三极管Q3的c极，到所述三极管Q3的e极；所述三极管Q3的b极与脉冲信号端相连。
可理解的，当三极管Q3接收到通过其b极连接脉冲信号端的脉冲信号后，在脉冲电平处于高电平周期时，使三极管Q3的c极与e极导通，从而使VCC端到LED1到三极管Q3的c极到e到地形成导通的回路，从而使LED1发光；在脉冲电平处于低电平周期时，三极管Q3的c极和e极之间截止，使上述的回路不能导通，使LED1不能发光；通过上述调制好的脉冲信号控制三极管Q3的周期性导通和截止，从而使回路中的LED1发出与调制好的脉冲频率对应的调制脉冲光；
可理解的，通过VCC与LED1的正极之间连接限流电阻R5可有效防止电流对LED1和三极管Q3的冲击，从而增加元器件的使用寿命。
进一步地，所述接收电路模块包括：
一个NPN型光敏三极管Q2、一个电阻R3、一个电容C1，所述NPN型光敏三极管Q2包括一个感光区和一个基极引脚，所述感光区用于接收反射光信号，所述基极引脚与Q2的c极相连，所述Q2的c极与VCC供电端相连，所述Q2的e极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与电容C1的正极相连，所述电容C1的负极接地；
进一步地，所述感光区用于接收特定频率的脉冲光，包括：所述特定频率的频率范围值根据所述RC振荡电路的电阻值和电容值确定，具体的，根据所述电阻R3的电阻值和电容C1的电容值，通过公式：f＝1/(2πRC)计算得出。
可理解的，上述实施例中，参照图4，可将由LED1、电阻R5以及三极管Q3组成的脉冲光发光电路模块100，集成在脉冲光接收电路模块200中；其中，优选的，三极管Q3的b极接收频率范围可设为150Hz～250Hz，例如本实施例中可选用200Hz的脉冲频率，电阻R3优选为3.3KΩ，电容C1优选为10μF。
可理解的，通过上述实现了由包含感光区和基极引脚的NPN型光敏三极管Q2组成的光电传感器电路，使之只接受调制脉冲光；
可理解的，工作过程一：
(1)光敏三极管Q2的b极引脚(或通过R1)连接到VCC供电，b极引脚为高电平使光敏三极管Q2处理工作状态，使光敏三极管Q2与的c极与e极导通；此时，电容C1和三极管Q1的b极通过电阻R3连接到光敏三极管Q2的e极，从而控制三极管Q1的c极与e极导通,同时为电容C1充电以及向D1输出；
(2)三极管Q1的c极与e极导通后，三极管Q1的e极(或通过R2)接地，此时，光敏三极管Q2的b极引脚为电平降低，使Q2不工作，从而使光敏三极管Q2的c极与e极截止；
(3)当光敏三极管Q2的c极与e极截止，此时，电容C1向三极管Q1的b极以及通过电阻R3向光敏三极管Q2的e极放电，使D1继续输出、三极管Q1的c极与e极继续导通；
(4)电容C1放电完成后，三极管Q1的b极降为低电平，三极管Q1的c极与e极截止，D1停止输出；
(5)Q1的c极与e极截止后，此时，返回到(1)的过程，光敏三极管Q2的b极引脚为高电平。
可理解的，工作过程二：
在工作过程一中光敏三极管Q2的感光区还接受光照，使其c极和e极导通，由电阻R3和电容C1组成的RC振荡电路使三极管Q1导通配合二极管D1输出特定的频率；
当持续的光照条件下(也即直流光条件下)，光敏三极管Q2使其c极与e极导通，然后会使三极管Q1的b极为高电平从而使三极管Q1的c极与e极导通，从而将光敏三极管Q2的b极的电平拉低，此时由于光敏三极管Q2的感光区与b极无法产生使c极与e极导通的电平，从而使之其对直流光无反应，只接收调制光。
进一步地，所述基极引脚与c极之间设有电阻R1，所述基极引脚与三极管Q1的c极相连，所述Q1的b极与所述电容C1的正极相连，所述Q1的e极接地。
可理解的，上述实施例中，电阻R1能有效的防止暗电流对电路造成损伤，以及防止光敏三极管Q2的b极形成的光电流和c极与e的导通电流相互影响。
进一步地，所述Q1的e极通过电阻R2接地。
可理解的，上述实施例中，电阻R2连接到三极管Q1的e极和地之间，用于三极管Q1所在回路的限流，以及当三极管Q1导通时形成R1与R2的串联分压。
进一步地，所述Q2的e极通过一电阻R4接地，所述Q2的e极还与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极与电容C2的正极相连，所述电容C2的负极接地，所述二极管D1的负极还与VOUT输出端相连；
所述VOUT输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输入端连接到MCU。
可理解的，上述实施例中，电阻R4连接到光敏三极管Q2的e极和地之间，用于经过光敏三极管Q2的e极和地形成回路的限流；电容C2正极连接到二极管D1的负极，电容C2负极接地，用于对D1的输出脉冲滤波，使输出更稳定。
可理解的，上述实施例中，电阻R1优选为3.3MΩ，R2优选为1KΩ，R4优选为10KΩ，R5优选为1KΩ，电容C2为100nF，二极管D1优选为1N4148W小信号快速开关二极管，三极管Q1优选使用BC847A，三极管Q3优选使用2N3904分离式半导三极管；所述脉冲光接收电路模块200，还设有用于与后端放大电路模块以及MCU连接的连接口，如图4所示，连接口包括VCC连接端、Vout连接端、脉冲接口端以及接地端。
另一实施例中，三极管Q1、三极管Q3以及光敏三极管Q2还可以是PNP型三极管，只需对上述与三极管Q3的B极连接的脉冲信号端的脉冲信号作相应调整即可。
可理解的，由于PNP型三极管与NPN型三极管工作原理相反，三极管Q3的控制脉冲作相应调整亦可实现，发出特定频率的调制脉冲光；由于MOS管也即有相应的开关功能，故将三极管Q1和三极管Q3替换为MOS管也可实现本方案的功能。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种应用于扫地机的目标材质分析方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种应用于扫地机的目标材质分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
光电传感器向地面发出调制光信号，其中，所述调制光信号为脉冲调制光；
所述光电传感器接收地面反射的反射光信号，并将所述反射光信号转换成第一电信号；所述光电传感器包括由光敏三极管组成的接收电路，其中所述接收电路包括：一个光敏三极管Q2、一个电阻R3、一个电容C1，所述光敏三极管Q2包括一个感光区和一个基极引脚，所述感光区用于接收反射光信号，所述基极引脚与Q2的c极相连，所述Q2的c极与VCC供电端相连，所述Q2的e极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与电容C1的正极相连，所述电容C1的负极接地，所述基极引脚与c极之间设有电阻R1，所述基极引脚与三极管Q1的c极相连，所述Q1的b极与所述电容C1的正极相连，所述Q1的e极接地；
对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；
根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型。
2.根据权利要求1所述的应用于扫地机的目标材质分析方法，其特征在于，所述光电传感器向地面发出调制光信号，包括：
通过预设的调制脉冲光源向地面发射预设频率的发射脉冲光。
3.根据权利要求1所述的应用于扫地机的目标材质分析方法，其特征在于，所述根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型的过程，包括：
将所述第二电信号大小与预设的电信号数据进行比对，筛选出符合所述第二电信号大小的地面材质类型；其中，各所述电信号数据与各地面材质一一对应。
4.一种应用于扫地机的目标材质分析装置，其特征在于，包括：
发光电路模块，光电传感器向地面发出调制光信号，其中，所述调制光信号为脉冲调制光；
接收电路模块，光电传感器接收地面反射的反射光信号，并将所述反射光信号转换成第一电信号；其中，所述接收电路模块包括：一个光敏三极管Q2、一个电阻R3、一个电容C1，所述光敏三极管Q2包括一个感光区和一个基极引脚，所述感光区用于接收反射光信号，所述基极引脚与Q2的c极相连，所述Q2的c极与VCC供电端相连，所述Q2的e极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与电容C1的正极相连，所述电容C1的负极接地；所述基极引脚与c极之间设有电阻R1，所述基极引脚与三极管Q1的c极相连，所述Q1的b极与所述电容C1的正极相连，所述Q1的e极接地；
放大电路模块，对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；
判定模块，根据预设的电信号数据，比对所述第二电信号大小，判定地面材质类型。
5.根据权利要求4所述的应用于扫地机的目标材质分析装置，其特征在于，所述发光电路模块包括：
一个发光二极管LED1和一个三极管Q3形成一个回路，该回路包括所述发光二极管LED1的正极接VCC供电端，所述发光二极管LED1的负极电连接到所述三极管Q3的c极，所述三极管Q3的e极接地；或，包括：
一个电阻R5、一个发光二极管LED1和一个三极管Q3形成一个回路，该回路包括所述电阻R5的一端接VCC供电端，所述电阻R5的另一端电连接到发光二极管LED1的正极，所述发光二极管LED1的负极电连接到所述三极管Q3的c极，所述三极管Q3的e极接地；
所述三极管Q3的b极与脉冲信号端相连。
6.根据权利要求4所述的应用于扫地机的目标材质分析装置，其特征在于，所述Q1的e极通过电阻R2接地。
7.根据权利要求4所述的应用于扫地机的目标材质分析装置，其特征在于，所述Q2的e极通过一电阻R4接地，所述Q2的e极还与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极与电容C2的正极相连，所述电容C2的负极接地，所述二极管D1的负极还与VOUT输出端相连；
所述VOUT输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输出端连接到MCU。
8.一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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的应用于扫地机的目标材质分析方法。
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