CN204010091U - 压感式踏板及采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子技术领域，特别涉及压感式踏板，由18个压力感应单元排成阵列结构，并固定在铝合金板上,所述压力感应单元，包括框体，所述框体包括应变板，所述应变板上表面设置受力柱、电阻应变片R1和电阻应变片R3，所述应变板下表面设置电阻应变片R2和电阻应变片R4；所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构,每两个电阻应变片间引出1根导线，包含2根电源导线E+、E-以及2根电压信号导线S+、S-；还涉及一种压感式采集系统，包括依次连接的所述压感式踏板、模拟开关选择电路、放大电路以及单片机；本实用新型用于对景区景点的游客进行信息采集，统计游客数量，为景区资源调度做先期的数据采集。

Description

压感式踏板及采集系统

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，特别涉及一种压感式踏板及采集系统。

背景技术

通常一个大型景区都会有很多景点供游人参观，在节假日期间会涌现大量游客，有的景点可能在某个时刻会有很多游客，而有的景点在此时可能游客较少，会出现各景点游客不均衡的状态，如果处理不及时可能存在安全隐患，为景区带来极差的影响。景区管理部门急需一种针对各个景点、整个景区以及游览线路的游客统计装置，以便于提前做好疏散游客的准备。

现有统计人数的技术方法主要是进票量统计，压敏踏板，被动红外，主动红外以及多种方式结合，他们对应的硬件基础分别是IC卡或者门票，压力传感器，热释电红外传感器，红外光电传感器。针对景区的现实情况，现有的人数统计方法以及装置都存在不同的缺陷。

例如进票量统计方式，一般在地铁、公交系统中通常使用IC卡系统做人数统计，通过统计刷卡次数即可以得到人数信息。在景区系统中通常使用门票统计来得到游客数量信息。景区游客来自全国各地，不可能实现IC卡系统，景区内IC卡遗失率会比较高，导致IC卡系统成本增加。现在景区都实行门票制度，但门票通常都在景区大门进行检查，而且遗失率较高，无法在各个景点以及游览线路处进行检查。

例如压敏踏板方式，目前的压敏踏板技术主要应用于公交系统的乘客统计，其原理是在公交车门口布置多块导电橡胶板，没有人在上面时，橡胶电阻很高，近乎断路，当有人踩上橡胶板时，电阻变为0，从而形成开关信息，可用于人数检测。通过不同板信号变化顺序可以知道乘客上下车状态。这种方法结构简单，成本较低。但并不适合景区特性，这种方法要求乘客顺序上车，不能多人同时踩上踏板，而在景区通常是大量游客同时经过某些地段，并且这种拥堵信息是景区最需要掌握的信息。除此之外，橡胶板破损率较高，使用寿命短。

例如被动红外方式，热释电红外传感器可以将人体的热量信息转变为电信号。当人体接近传感器时，人体辐射的红外线会被传感器接收并产生电信号，从而可以进行人数统计。由于热释电红外传感器敏感性较低，探测距离比较短，而景区关注一般较大通道的游客情况，被动红外式的方法存在很大的局限性。

例如主动红外式，红外光电传感器可以将接收到的红外光转变为电信号。由于红外光电传感器对较弱的红外光反应不灵敏，需要采用红外光发射器，通过接收物体反射红外光进行判断。景区中气候条件复杂，游客特征变化较多，如果有外部物体对红外光进行遮挡干扰，主动红外式不能进行判断，影响人数统计准确性。

发明内容

本实用新型针对景区的复杂特性，针对现有技术所存在的缺陷，提供一种压感式踏板及采集系统，能够同时对多目标进行辨识，具有较强的抗干扰能力，以便对景区景点的游客信息进行采集，统计游客数量，为景区资源调度做先期的信息收集。

一种压感式踏板，由18个压力感应单元排成阵列结构，并固定在铝合金板上，所述压力感应单元，包括框体，所述框体包括应变板，所述应变板上表面设置有受力柱、电阻应变片R1和电阻应变片R3；所述应变板下表面设置有电阻应变片R2和电阻应变片R4，；所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构，电阻应变片R1与电阻应变片R2之间连接电源导线E+，电阻应变片R3与电阻应变片R4之间连接电源导线E-，电阻应变片R1与电阻应变片R4之间输出低电压信号S-，电阻应变片R2与电阻应变片R3之间输出高电压信号S+。

一种压感式采集系统，包括依次连接的所述压感式踏板、模拟开关选择电路、放大电路以及单片机。

本实用新型针对景区的复杂特性，提出压感式踏板，由18个压力感应单元排成阵列结构，并固定在铝合金板上,所述压力感应单元，包括框体，所述框体包括应变板和底板，所述应变板上表面设置有受力柱、电阻应变片R1和电阻应变片R3、所述应变板下表面设置有电阻应变片R2和电阻应变片R4，所述底板13用于承载框体结构；所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构,每两个电阻应变片间引出1根导线，包含2根电源导线E+,E-以及2根电压信号导线S+,S-；本压感式踏板能够对多目标进行同时采集，并且具有较强的抗干扰能力。并进一步提出压感式采集系统。以便对景区景点的游客信息进行精确采集，统计游客数量，为景区资源调度做先期的信息收集。

附图说明

图1为本实用新型压感式踏板结构示意图；

图2为本实用新型压感式踏板压力感应单元结构示意图；

图3为本实用新型压感式踏板压力感应单元逻辑结构示意图；

图4为本实用新型压感式采集系统结构示意图；

图5为本实用新型压感式采集系统模拟开关选择电路结构示意图；

图6为本实用新型压感式采集系统放大电路结构示意图；

图7为本实用新型压感式采集系统单片机结构示意图；

图8为本实用新型压感式采集系统单片机晶振电路结构示意图；

图9为本实用新型压感式采集系统另一实施例结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型用于游客计数的压力感应单元及压感式采集系统做进一步详细说明。

一种压感式踏板，其结构如图1所示，由18个压力感应单元排成阵列结构，并固定在铝合金板上。例如，压力感应单元组成3×6的矩阵结构，可根据设置地点的场地形状灵活设置其他矩阵结构。

所述压力感应单元，如图2所示，包括框体10，所述框体包括应变板11和底板13，所述应变板上表面设置有受力柱12、电阻应变片R1和电阻应变片R3；所述应变板下表面设置有电阻应变片R2和电阻应变片R4,所述电阻应变片R1和电阻应变片R3设置于一对角线上，所述电阻应变片R2和电阻应变片R4设置于另一对角线上，但电阻应变片R2和电阻应变片R4设置于应变板下表面，在表面看不到，但为便于理解结构关系，在图1中用虚线表示。所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构，电阻应变片R1与电阻应变片R2之间连接电源导线E+，电阻应变片R3与电阻应变片R4之间连接电源导线E-，电阻应变片R1与电阻应变片R4之间输出低电压信号S-，电阻应变片R2与电阻应变片R3之间输出高电压信号S+。当中心的受力柱受到压力后，应变板产生形变，两个电阻应变片R1，R3会受到正应力发生形变，另外两个电阻应变片R2，R4会受到负应力而发生形变，导致电阻应变片阻值改变，破坏电桥平衡，从而产生电压差信号。压力感应单元电路原理如图3所示，没有压力时，4个电阻应变片阻值相等，两端电压信号S+和S-相等，电压差为0，当有压力存在时，两个应变电阻的阻值发生变化，从而使得S+增大，S-减小，出现电压差，该电压差信号与压力大小成线性关系，从而可将压力信号转变为电压差信号。

所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构，即R1，R4串联，R2，R3串联，再将两串联结构并联接到电源上，其中R1和R3受正应力后阻值会增大，使得S-变小，S+变大；R2和R4受负应力后阻值减小，使得S-变小，S+变大。

优选地，电阻应变片阻值均为1kΩ，根据该实验获知，当阻值为1kΩ时功耗较小并能够较准确地感知电压变化。

优选地，所述压力感应单元的四个面外边沿均设置有半圆形圆孔14，所述半圆形圆孔14是为了将受力柱12上的压力分散到电阻应变片方向，以便电阻应变片能够更有效地感知压力。

一种压感式采集系统，系统结构如图4所示，由所述压感式踏板、模拟开关选择电路、放大电路以及单片机构成，所述单片机连接到RS485总线。

压感式踏板中的18个压力感应单元将压力信号转变为电压信号，由于采用差分形式进行信号传输，每一路压力感应单元产生一对电压信号，即高电压信号S+和低电压信号S-，一个压感式踏板会产生18对电压信号，并一一对应的连接到模拟开关选择电路的36个管脚。

优选地，模拟开关选择电路的电路结构图如图5所示，包括4个4051芯片UA1－UA4和1个4052芯片U0。压感式踏板产生的18对电压信号包括18个高电压信号S+以及18个低电压信号S-，其中，18个高电压信号S+中的前8个依次连接到UA1的管脚X0－X7，UA1通过控制管脚A、B、C控制输出信号X2；18个低电压信号S-中的前8个依次连接到UA2的管脚X0－X7,UA2通过控制管脚A、B、C控制输出信号Y2；18个高电压信号S+中的中间8个依次连接到UA3的管脚X0－X7，UA3通过控制管脚A、B、C控制输出信号X1；18个低电压信号S-中的中间8个依次连接到UA4的管脚X0－X7,UA4通过控制管脚A、B、C控制输出信号Y1；输出信号X1、X2分别连接到U0的管脚X0-X1，信号Y1，Y2分别连接到U0的管脚Y0-Y1；18个高电压信号S+中的后2个分别连接到U0的管脚X2－X3，18个低电压信号S-中的后2个分别连接到U0的管脚Y2－Y3，U0通过控制管脚A、B控制输出模拟开关选择电路信号XIN和YIN。

据此，通过模拟开关电路实现了从18个高电压信号S+和18个低电压信号S-中选择一对信号输出到XIN、YIN。通过控制4051的ABC管脚以及4052的AB管脚可以选择性导通通道，保证每次只导通一对S+、S-信号。

信号经过模拟开关选择电路后进入到放大电路，放大电路使用LM324四集成运算放大器，电路结构图如图6所示，模拟开关选择电路信号XIN，YIN分别连接到LM324的10，12管脚，作为放大电路的输入信号，经过运算放大器U1C和U1D进行100倍的一级信号放大，再通过运算放大器U1A进行2倍的二级信号放大，通过一个1.2V的直流偏置电压VREF，使得到输出信号Sout始终保持为正。R3阻值为1kΩ，R4、45阻值为51kΩ，R6、R8阻值为10kΩ，R7、R9阻值为20kΩ,XIN、YIN为差分输入信号，VREF为1.2V偏置电压，Sout为放大后的输出信号，电路放大倍数为200倍。本实用新型的放大电路采用差分放大形式，具有较强的抗干扰能力。

经过放大后信号连接到单片机的管脚PIO0_11，即A/D转换口，由单片机控制进行模数转换，得到数字信号，方便后期处理。所述单片机的结构图如图7所示，管脚XTALIN和XTALOUT连接单片机晶振电路，晶振电路如图8所示，Y0为12MHz的晶体振荡器，晶振电路用于产生12MHz的单片机外部时钟信号；单片机的管脚DP3V3、DGND、AP3V3、AGND连接单片机电源电路；管脚RST连接复位电路；管脚PIO1_0、PIO1_1、PIO1_2分别连接模拟开关电路中4051芯片UA1和UA2的管脚A、B、C；PIO0_3、PIO0_4、PIO0_5分别连接模拟开关电路中4051芯片UA3和UA4的管脚A、B、C，PIO3_1、PIO3_0分别连接模拟开关电路中4052芯片U0的管脚A、B；PIO0_11连接差分放大信号Sout,管脚SWDIO和SWCLK用于单片机程序烧写；管脚PIO1_7、PIO1_6(即TXD和RXD)输出信号。所述晶振电路、电源电路、复位电路为本领域常用技术手段，不再详述。

优选地，单片机的管脚PIO1_7、PIO1_6可用于连接到RS485总线。至此，踏板采集系统将18路电压信号依次转换为数字信号。可以将多个踏板采集系统通过单片机的管脚PIO1_7、PIO1_6连接到RS485总线，从而构成超级压感式采集系统，拥有更大的采集阵列，适应不同的采集需求。RS485总线连接简单，通信可靠，速度较快，本实用新型最多可以挂载32个踏板采集系统，如图9所示。

本实用新型单片机可采用为LPC1114，工作频率48MHz，信号采样频率约为2kHz，每个压力感应单元的采样频率约为100Hz。

本实用新型针对景区的复杂特性，提出压感式踏板，由18个压力感应单元排成阵列结构，通过在铝合金板上钻孔，粘贴应变片形成，具有多个压力感应单元，能够对多目标进行同时采集，并且具有较强的抗干扰能力。并进一步提出压感式采集系统，以便对景区景点的游客信息进行精确采集，统计游客数量，为景区资源调度做先期的信息收集。

以上实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压感式踏板，由18个压力感应单元排成阵列结构，并固定在铝合金板上，其特征在于：所述压力感应单元，包括框体，所述框体包括应变板，所述应变板上表面设置有受力柱、电阻应变片R1和电阻应变片R3；所述应变板下表面设置有电阻应变片R2和电阻应变片R4，；所述电阻应变片R1、R2、R3、R4为桥接结构，电阻应变片R1与电阻应变片R2之间连接电源导线E+，电阻应变片R3与电阻应变片R4之间连接电源导线E-，电阻应变片R1与电阻应变片R4之间输出低电压信号S-，电阻应变片R2与电阻应变片R3之间输出高电压信号S+。

2.根据权利要求1所述压感式踏板，其特征在于：所述电阻应变片R1、R2、R3、R4阻值均为1kΩ。

3.根据权利要求1所述压感式踏板，其特征在于：所述压力感应单元的四个面外边沿均设置有半圆形圆孔。

4.一种压感式采集系统，其特征在于：包括依次连接的权利要求1所述压感式踏板、模拟开关选择电路、放大电路以及单片机。

5.根据权利要求4所述压感式采集系统，其特征在于：所述模拟开关选择电路包括4个4051芯片UA1－UA4和1个4052芯片U0；

压感式踏板产生的18个高电压信号S+中的前8个依次连接到UA1的管脚X0－X7，UA1通过控制管脚A、B、C控制输出信号X2；压感式踏板产生的18个低电压信号S-中的前8个依次连接到UA2的管脚X0－X7,UA2通过控制管脚A、B、C控制输出信号Y2；18个高电压信号S+中的中间8个依次连接到UA3的管脚X0－X7，UA3通过控制管脚A、B、C控制输出信号X1；18个低电压信号S-中的中间8个依次连接到UA4的管脚X0－X7,UA4通过控制管脚A、B、C控制输出信号Y1；输出信号X1、X2分别连接到U0的管脚X0-X1，信号Y1，Y2分别连接到U0的管脚Y0-Y1，18个高电压信号S+中的后2个分别连接到U0的管脚X2－X3，18个低电压信号S-中的后2个分别连接到U0的管脚Y2－Y3,U0通过控制管脚A、B控制输出模拟开关选择电路信号XIN和YIN。

6.根据权利要求4所述压感式采集系统，其特征在于：所述单片机采用LPC1114，工作频率48MHz，信号采样频率约为2kHz，每个压力感应单元的采样频率100Hz。

7.根据权利要求4或6所述压感式采集系统，其特征在于：所述单片机的管脚PIO0_11连接放大电路输出信号，单片机的管脚DP3V3、DGND、AP3V3、AGND连接单片机电源电路；管脚RST连接复位电路；管脚XTALIN、XTALOUT连接晶振电路；管脚PIO1_0、PIO1_1、PIO1_2分别连接模拟开关电路中4051芯片UA1和UA2的管脚A、B、C；PIO0_3、PIO0_4、PIO0_5分别连接模拟开关电路中4051芯片UA3和UA4的管脚A、B、C，PIO3_1、PIO3_0分别连接模拟开关电路中4052芯片U0的管脚A、B；管脚PIO1_7、PIO1_6输出信号。

8.根据权利要求7所述压感式采集系统，其特征在于：所述单片机的管脚PIO1_7、PIO1_6连接到RS485总线。

9.根据权利要求8所述压感式采集系统，其特征在于：最多32个踏板采集系统通过所述单片机的管脚PIO1_7、PIO1_6连接到RS485总线。