CN211528682U

CN211528682U - 讲台探测器

Info

Publication number: CN211528682U
Application number: CN201820337995.4U
Authority: CN
Inventors: 汪燕
Original assignee: Huaian Vocational College of Information Technology
Current assignee: Huaian Vocational College of Information Technology
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2028-03-13

Abstract

本实用新型涉及教学用具技术领域，为解决上下讲台时容易发生摔倒或崴脚等事故的技术问题，提供了一种讲台探测器，包括：至少一个探测子板，其中，每个探测子板具有对应的探测区域，探测区域对应讲台的边沿设置，每个探测子板用于向对应的探测区域发射探测信号，以获取探测区域内物体的距离信息；主控板，主控板与每个探测子板相连，主控板用于根据距离信息判断是否有人体到达讲台的边沿，并在判断有人体到达讲台的边沿时发出报警提醒。本实用新型能够有效保证讲台上的人员的安全。

Description

讲台探测器

技术领域

本实用新型涉及教学用具技术领域，具体涉及一种讲台探测器。

背景技术

教室或会场的讲台一般都会有一级以上的台阶，上下讲台摔倒或崴脚的事故屡见不鲜。尤其是教师，讲台是他们的主阵地，目前一般在台阶边沿贴置彩带，能够起到提醒作用，从而在一定程度上减少事故的发生。然而由于脚下区域为教师正常授课时视线的盲区，上述贴置彩带的方式所起到的提醒效果并不显著。

实用新型内容

本实用新型为解决上下讲台时容易发生摔倒或崴脚等事故的技术问题，提供了一种讲台探测器。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种讲台探测器，包括：至少一个探测子板，其中，每个所述探测子板具有对应的探测区域，所述探测区域对应讲台的边沿设置，每个所述探测子板用于向对应的探测区域发射探测信号，以获取所述探测区域内物体的距离信息；主控板，所述主控板与每个所述探测子板相连，所述主控板用于根据所述距离信息判断是否有人体到达所述讲台的边沿，并在判断有人体到达所述讲台的边沿时发出报警提醒。

所述主控板包括：提醒模块；工作方式配置模块，所述工作方式配置模块用于配置所述讲台探测器的开关状态、所述探测子板的个数以及所述提醒模块的提醒方式；第一控制模块，所述第一控制模块分别与所述提醒模块和所述工作方式配置模块相连，并与每个所述探测子板进行通信连接，所述第一控制模块用于在所配置的所述讲台探测器的开关状态为开启状态时，每间隔第一预设时间向每个所述探测子板依次发送采集命令，并在每个所述探测子板根据所述采集命令获取对应的探测区域内物体的距离信息后，接收每个所述探测子板获取到的距离信息，以及在根据所述探测子板获取到的距离信息判断任一探测子板上一次探测的距离值与当前次探测的距离值之差大于等于第一距离阈值时，控制所述提醒模块以所配置的提醒方式进行报警提醒。

所述提醒模块包括振动马达和/或蜂鸣器，所述提醒方式包括振动提醒和/或发声提醒。

所述工作方式配置模块包括拨码开关。

每个所述探测子板包括：超声波测距模块；第二控制模块，所述第二控制模块与所述超声波测距模块相连，并与所述主控板的第一控制模块进行通信连接，所述第二控制模块用于接收所述采集命令，并根据所述采集命令控制所述超声波测距模块进行超声测距，以获取该探测子板对应的探测区域内物体的距离信息，以及将所述距离信息发送至所述第一控制模块。

所述第一控制模块和所述第二控制模块集成于单片机系统中。

所述第一控制模块和所述第二控制模块通过RS485总线进行通信连接。

所述主控板还包括UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)转RS485接口，所述探测子板还包括RS485转UART接口，所述UART转RS485接口的第一侧与所述第一控制模块相连，所述RS485转UART接口的第一侧与所述第二控制模块相连，所述UART转RS485接口的第二侧与所述RS485转UART接口的第二侧通过所述RS485总线相连。

所述UART转RS485接口的第二侧和所述RS485转UART接口的第二侧分别具有输入端口和输出端口，所述UART转RS485接口的第二侧的输入端口与所述RS485转UART接口的第二侧的输出端口相连，所述UART转RS485接口的第二侧的输出端口与所述RS485转UART接口的第二侧的输入端口相连，其中，在所述UART转RS485接口的第二侧的输入端口和输出端口之间还并接有第一电阻和第二电阻。

所述探测子板的个数为2或4，其中，当所述探测子板的个数为2时，2个探测子板分别对应所述讲台的两侧边沿设置；当所述探测子板的个数为4时，2个探测子板分别对应所述讲台的两侧边沿设置，另2个探测子板分别对应所述讲台的前侧边沿的不同位置设置。

本实用新型的有益效果：本实用新型的讲台探测器，通过至少一个探测子板获取讲台边沿处物体的距离信息，并通过主控板根据该距离信息判断是否有人体到达讲台的边沿，从而能够在有人体到达讲台的边沿时及时发出报警提醒，有效防止讲台上的人员跌落讲台，保证了讲台上的人员的安全。

附图说明

图1为本实用新型实施例的讲台探测器的方框示意图；

图2为本实用新型一个实施例的讲台探测器的方框示意图；

图3为本实用新型一个实施例的超声波测距模块的探头的安装示意图；

图4为本实用新型一个实施例的讲台探测器的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例的讲台探测器的工作时序图；

图6为本实用新型一个具体实施例的讲台探测器的结构示意图；

图7为本实用新型一个具体实施例的主控板的工作流程图；

图8为本实用新型一个具体实施例的探测子板的工作流程图；

图中：10-探测子板，20-主控板，11-超声波测距模块，12-第二控制模块，13-RS485转UART接口，21-提醒模块，22-工作方式配置模块，23-第一控制模块,24-UART转RS485接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的讲台探测器，包括至少一个探测子板10(图1中仅示出一个)和主控板20。

其中，每个探测子板10具有对应的探测区域，探测区域对应讲台的边沿设置，每个探测子板10用于向对应的探测区域发射探测信号，以获取探测区域内物体的距离信息；主控板20与每个探测子板10相连，主控板20用于根据距离信息判断是否有人体到达讲台的边沿，并在判断有人体到达讲台的边沿时发出报警提醒。

在本实用新型的实施例中，探测信号可为超声波信号、雷达信号或红外信号等，通过超声波测距、雷达测距或红外测距等方式检测到探测区域内物体的距离信息，例如物体与信号发射点之间的距离。由此，在有人进入探测区域内时，相对于无人进入探测区域内的情况，物体与信号发射点之间的距离可发生变化，根据该距离的变化即可判断出是否有人体进入探测区域内，即判断出是否有人体到达讲台的边沿。

当判断出有人体到达讲台的边沿时，可发出报警提醒，例如通过发声提醒、发光提醒或振动提醒等方式，或者任意多种提醒方式的组合，对到达讲台边沿的人员进行提醒，以防止该人员跌落。

根据本实用新型的讲台探测器，通过至少一个探测子板获取讲台边沿处物体的距离信息，并通过主控板根据该距离信息判断是否有人体到达讲台的边沿，从而能够在有人体到达讲台的边沿时及时发出报警提醒，有效防止讲台上的人员跌落讲台，保证了讲台上的人员的安全。

需要说明的是，本实用新型中所述的讲台的边沿，可为讲台台阶的最外侧，也可为自讲台台阶的最外侧向内延伸预设距离所构成的讲台的外边界范围。应当理解，该预设距离越大，讲台探测器的主控板20发出报警提醒时人体距离讲台台阶的最外侧越远，安全性越高。

下面以探测信号为超声波信号为例，进一步详细说明本实用新型的讲台探测器。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，主控板20可包括提醒模块21、工作方式配置模块22和第一控制模块23，每个探测子板10包括超声波测距模块11和第二控制模块12。

其中，工作方式配置模块22用于配置讲台探测器的开关状态、探测子板10的个数以及提醒模块的提醒方式。其中，探测子板10的个数可在讲台探测器安装时预先设定。在本实用新型的一个实施例中，探测子板10的个数为2或4。当探测子板的个数为4时，2个探测子板分别对应讲台的两侧边沿设置，另2个探测子板分别对应讲台的前侧边沿的不同位置设置。具体地，如图3所示，超声波测距模块11的探头可设置于黑板两侧A0、B0以及天花板上的两个不同位置C0、D0，探头发射的超声波可在人体到达讲台的边沿探测到人体。在现实情况中，教师在讲台的两侧更容易发生跌落危险，因此在本实用新型的优选实施例中，探测子板10的个数为2。当探测子板10的个数为2时，2个探测子板10分别对应讲台的两侧边沿设置，也就是说，在图3中超声波测距模块11的探头可设置于黑板两侧A0、B0，而天花板上不设置探头。此外，考虑到超声波测距模块11的探头发射的超声波具有波束角，黑板两侧的探头在安装时可适当向两侧倾斜。

在本实用新型的一个实施例中，工作方式配置模块22可包括拨码开关。通过对拨码开关的操作，可配置上述讲台探测器的开关状态、探测子板10的个数以及提醒模块21的提醒方式等工作方式。由于探测子板10的个数是预先设定的，在实际应用中对于探测子板的个数，根据预先设定的个数进行操作配置即可。而对于讲台探测器的开关状态、提醒模块21的提醒方式，则可根据用户的个人需求进行操作配置。

如图2所示，第一控制模块23分别与提醒模块21和工作方式配置模块22相连，并与每个探测子板10进行通信连接，第一控制模块23用于在所配置的讲台探测器的开关状态为开启状态时，每间隔第一预设时间向每个探测子板10依次发送采集命令。

如图2所示，第二控制模块12与超声波测距模块11相连，并与主控板20的第一控制模块23进行通信连接，第二控制模块12用于接收采集命令，并根据采集命令控制超声波测距模块11进行超声测距，以获取该探测子板10对应的探测区域内物体的距离信息，以及将距离信息发送至第一控制模块23。

第一控制模块23在每个探测子板10根据采集命令获取对应的探测区域内物体的距离信息后，接收每个探测子板10获取到的距离信息，以及在根据探测子板10获取到的距离信息判断任一探测子板10上一次探测的距离值与当前次探测的距离值之差大于等于第一距离阈值时，控制提醒模块21以所配置的提醒方式进行报警提醒。在本实用新型的一个具体实施例中，提醒模块21包括振动马达和/或蜂鸣器，提醒方式包括振动提醒和/或发声提醒。

在本实用新型的一个实施例中，第一控制模块23和第二控制模块12可集成于单片机系统中，并通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、UART等进行通信。优选地，第一控制模块23和第二控制模块12可通过RS485总线进行通信连接。如图4所示，主控板20还可包括UART转RS485接口24，探测子板10还可包括RS485转UART接口13。UART转RS485接口24的第一侧与第一控制模块23相连，RS485转UART接口13的第一侧与第二控制模块12相连，UART转RS485接口24的第二侧与RS485转UART接口13的第二侧通过RS485总线相连。

进一步地，如图4所示，UART转RS485接口24的第一侧的两个端口分别连接到单片机的传输引脚TX和接收引脚RX；UART转RS485接口24的第二侧和RS485转UART接口13的第二侧分别具有输入端口和输出端口，UART转RS485接口24的第二侧的输入端口与RS485转UART接口13的第二侧的输出端口相连(连接于B线)，UART转RS485接口24的第二侧的输出端口与RS485转UART接口13的第二侧的输入端口相连(连接于A线)；RS485转UART接口13的第一侧的两个端口分别连接到单片机的传输引脚TX和接收引脚RX。

如图4所示，在UART转RS485接口24的第二侧的输入端口和输出端口之间还并接有阻值为120Ω第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2可起到消除干扰作用。当RS485总线的线长小于100米时，第一电阻R1和第二电阻R2可省略。

在本实用新型的一个实施例中，超声波测距模块11可选用US-100，其发射的超声波的波束角较小，探测精度高，具体地，其超声波的波束角不大于15度。US-100的接收引脚RX/Trig可接收第一控制模块23依次经UART转RS485接口24、RS485总线、RS485转UART接口13、第二控制模块12传输的采集命令，US-100的传输引脚TX/Echo可发出距离信息，并依次经第二控制模块12、RS485转UART接口13、RS485总线、UART转RS485接口24、传输至第一控制模块23。另外，第二控制模块12处单片机的GPIO引脚可连接至RS485转UART接口13以便进行收发控制。

通过上述的多个探测子板10和主控板20所构成的讲台探测器，可以以一主多从、半双工模式进行工作。具体地，主控板20可轮流给各探测子板10发采集命令，例如可每隔50ms轮流向各探测子板10广播一次采集命令，然后轮流接收各个探测子板10返回的测距结果，即距离信息。

本实用新型的US-100探测距离为2cm至4.5m，工作模式可选择GPIO和UART模式，UART模式下波特率为9600bps。在UART模式下，主控板20与US-100的工作时序可如图5所示，图中虚线框中的操作为US-100自动进行的，无需程序控制。具体地，在UART模式下，主控板20通过RS485总线给US-100发送0x55，即启动一次距离探测，US-100可发射8个40KHz的脉冲，然后获得回波信号，并进行温度补偿，从而得到距离信息，继而US-100可通过UART回复测得的距离值。在启动距离探测25ms后，主控板20通过UART读取带温度校准的两个字节的距离值。

主控板20通过比较任一US-100相邻两次测得的距离值，即可判断是否发出报警提醒。举例而言，某一US-100上一次探测的距离值为d_n，当前次探测的距离值为d_n+1，则通过求得两次探测的距离值之差Δd＝d_n-d_n+1(1)，如果Δd≥30cm，则可控制提醒模块21发出报警提醒。

在本实用新型的一个具体实施例中，单片机可包括2个UART串口和12个GPIO空闲引脚，如图6所示，选用STC12C5A60S2型号单片机作为主控板20和探测子板10的控制芯片，即第一控制模块23和第一控制模块12，STC12C5A60S2属于增强型8051单片机。图6中虚线框内是STC125A60S2的最小系统。提醒模块21包括振动马达M1与蜂鸣器BUZ1，分别通过P3.6引脚与P3.7引脚控制，D2为续流二极管。K1为电源总开关，发光二极管D1的功能为通电指示，电源接口J2用于连接电路板的5V电源。

当单片机作为主控板时，US-100无需焊接，当单片机作为探测子板时，振动马达M1、蜂鸣器BUZ1及其驱动元件R2～R5、Q1～Q2、D2无需焊接。P0引脚的低4位上的RN1为上拉电阻，高4位的RN2为D3～D6的限流电阻。拨码开关SW1的功能如下：

DIP4-1主控：讲台探测器开关/探测子板：地址选择0；

DIP4-2主控：声音开关/探测子板：地址选择1；

DIP4-3主控：振动开关/探测子板：未定义，保留；

DIP4-4主控：探测子板个数选择/探测子板：未定义，保留。

图6中的D3～D6共4个LED，分别用于指示4个探测子板的工作状态，点亮表示读不到距离值。单片机作为探测子板时，仅需焊接D3，用于提示工作状态。芯片U3为RS485/UART转换芯片，连接端子J2用于连接主控板与探测子板之间的双绞线以作为RS485总线。

本实用新型的讲台探测器中的通信协议如下：主控板与探测子板采用一主多从、半双工模式的通信方式，主控板为主机，探测子板为从机，每个探测子板通过拨码开关设定不同的地址。每次通信都是由主控板发起，主机先发送一个字节的地址信息到RS485总线上，与之匹配的探测子板将响应本次通信，准备数据。

其中，主控板与探测子板都采用115200bps的速率，每次通信都由主控板发起，子板只接收地址信息。一次采集过程可分为如下两个过程：主机发送广播地址命令所有探测子板开始一次采集；主机分别发送各探测子板地址，对应子板响应后回复数据信息给主控板。

主控板只发送两类地址信息给探测子板，分别是探测子板地址和广播地址0xff。探测子板如果是4个，则地址范围是0x01～0x04。探测子板接收到0xff，所有探测子板都开始一次距离探测，并根据上述公式(1)将探测到的距离值转换成上报单字节数据，即有警报数据“y”和无警报数据“n”，对应的ASC码值为0x79和0x6e。

主控板发出广播地址延时50ms后，再分别发出探测子板地址，切换到接收模式，令多机通信控制位SM2＝0，然后延时等待10ms内读取远程探测子板发来的数据。如果超过10ms接收不到数据，则表示接收不到数据，可将该探测子板对应的LED点亮，默认本次读取的数据为“n”。接着主控板再发出下一探测子板的地址，获取其探测数据，直到轮询完所有的探测子板地址后，再发出广播地址0xff进行下一轮数据的采集。

在本实用新型的一个具体实施例中，主控板的工作流程如图7所示，包括上电置初值(S701)和探测轮询(S702～S704)：

S701，上电置初值。

该步骤为对讲台探测器进行初始化的步骤，初始化的参数包括距离初始值、初始工作状态、串口波特率、工作状态指示灯的初始开关状态等。

具体地，可置默认的初始距离数据为“n”，并置工作状态为开、声音开关为开、振动开关为开、探测子板个数为2，以及置串口工作模式为方式3，多机模式、波特率为115200bps、置D3～D6四个LED关闭，并置P1_7＝1，即MAX485为发送状态。

S702，通过拨码开关设置工作方式。

对于上述的拨码开关，DIP4-1＝0时，讲台探测器停止工作；DIP4-2＝0时，声音开关为关，即报警提醒时不发声；DIP4-3＝0时，振动开关为关，即报警提醒时不振动；DIP4-4＝0时，探测子板个数为4。

S703，发送广播地址启动一次探测。

通过置P1_7＝1，使MAX485为发送状态，然后令地址标志为TB8＝1，发送广播地址0xff，并延时50ms。

S704，采集各个探测子板的距离信息。

通过置P1_7＝1，使MAX485为发送状态，发送探测子板地址码，通过置P1_7＝0，使MAX485为接收状态，接收探测子板的距离信息。距离数据默认为“n”，最多延时10ms等待探测子板回复数据，如果回复“y”，则根据步骤S702中设置的提醒方式发出一次报警提醒。

上述步骤S701～S704仅表示一个探测子板的探测过程，根据探测子板个数对上述探测轮询重复2次或4次。如果读不到距离数据，则设置该点的距离数据为“n”，同时点亮D3-D6中相应的LED。一个探测子板读不到距离数据不影响其它探测子板的探测效果。

在本实用新型的一个具体实施例中，探测子板的工作过程如图8所示，包括：

S801，上电后置本机地址初值。

探测子板有一个工作指示LED，D3，执行控制主板发来的采集命令期间D3被点亮，即本机处于工作状态。通过DIP-2和DIP-1设置本机地址，其中，DIP-2和DIP-1按键状态组成的编码为00时，地址为0x01、为01时，地址为0x02、为10时，地址为0x03、为11时，地址为0x04。

S802，串口初始化。

置读取US-100串口波特率为9600bps，工作方式为1，并置读取RS485串口的波特率为115200bps，工作方式为3，多机模式，SM2＝1，以及置P1_7＝0，即MAX485为接收状态，并置TB8＝0，阻值其他探测子板接收本机发送的信息。

S803，读取串口值。

判断串口值是否为广播地址，如果是，则向US-100串口发送0x55，启动一次距离探测，然后读取US-100串口的距离值，转换为距离数据，有警报数据“y”或无警报数据“n”，继续读取串口值。其中，距离值由两个字节表示：HB和LB，HB为高位字节，LB为低位字节，距离值为(HB*256+LB)mm，结果不需要温度校准。根据上述公式(1)，如果Δd≥30，则距离数据为“y”，否则为“n”。

如果串口值不是广播地址，则进一步判断串口值是否为本机地址，如果是，则置P1_7＝1，即MAX485为发送状态，D3点亮，然后通过RS485串口发送“y”或“n”，并置P1_7＝0，即MAX485为接收状态，D3熄灭，继续读取串口值。如果串口值不是本机地址，则继续读取串口值。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种讲台探测器，其特征在于，包括：

至少一个探测子板，其中，每个所述探测子板具有对应的探测区域，所述探测区域对应讲台的边沿设置，每个所述探测子板用于向对应的探测区域发射探测信号，以获取所述探测区域内物体的距离信息；

主控板，所述主控板与每个所述探测子板相连，所述主控板根据所述探测子板获取到的距离信息发出报警提醒。

2.根据权利要求1所述的讲台探测器，其特征在于，所述主控板包括提醒模块和第一控制模块，所述第一控制模块与所述提醒模块相连，并与每个所述探测子板进行通信连接，所述第一控制模块用于接收每个所述探测子板获取到的距离信息，并控制所述提醒模块进行报警提醒。

3.根据权利要求2所述的讲台探测器，其特征在于，所述提醒模块包括振动马达和/或蜂鸣器。

4.根据权利要求2或3所述的讲台探测器，其特征在于，每个所述探测子板包括：

超声波测距模块；

第二控制模块，所述第二控制模块与所述超声波测距模块相连，并与所述主控板的第一控制模块进行通信连接，所述第二控制模块用于控制所述超声波测距模块进行超声测距，以获取该探测子板对应的探测区域内物体的距离信息，并将所述距离信息发送至所述第一控制模块。

5.根据权利要求4所述的讲台探测器，其特征在于，所述第一控制模块和所述第二控制模块集成于单片机系统中。

6.根据权利要求5所述的讲台探测器，其特征在于，所述第一控制模块和所述第二控制模块通过RS485总线进行通信连接。

7.根据权利要求6所述的讲台探测器，其特征在于，所述主控板还包括UART转RS485接口，所述探测子板还包括RS485转UART接口，所述UART转RS485接口的第一侧与所述第一控制模块相连，所述RS485转UART接口的第一侧与所述第二控制模块相连，所述UART转RS485接口的第二侧与所述RS485转UART接口的第二侧通过所述RS485总线相连。

8.根据权利要求7所述的讲台探测器，其特征在于，所述UART转RS485接口的第二侧和所述RS485转UART接口的第二侧分别具有输入端口和输出端口，所述UART转RS485接口的第二侧的输入端口与所述RS485转UART接口的第二侧的输出端口相连，所述UART转RS485接口的第二侧的输出端口与所述RS485转UART接口的第二侧的输入端口相连，其中，在所述UART转RS485接口的第二侧的输入端口和输出端口之间还并接有第一电阻和第二电阻。

9.根据权利要求1所述的讲台探测器，其特征在于，所述探测子板的个数为2或4，其中，

当所述探测子板的个数为2时，2个探测子板分别对应所述讲台的两侧边沿设置；

当所述探测子板的个数为4时，2个探测子板分别对应所述讲台的两侧边沿设置，另2个探测子板分别对应所述讲台的前侧边沿的不同位置设置。