智能超声波门禁感应器的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种智能超声波门禁感应器，用于身份验证及门禁管理，包含如下部分：超声波探测模块、MCU模块、电源模块、输出模块。与现有技术相比，本发明可以可对人体进行提前探测，变被动探测为主动探测，并能将探测结果及时反馈至其他系统，为其他系统实现预判断、预执行等提供了时间保障。如门禁语音导引、门禁指示灯导引等。成本低廉，性价比高，且可广泛用于各类通道闸机。
【专利说明】智能超声波门禁感应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及公共场所的身份验证及门禁管理，特别涉及一种智能超声波门禁感应器。
【背景技术】
[0002]随着越来越多的场、馆、园区和建筑等使用通道闸机进行人员进出身份验证及门禁管理，通道闸机中多使用红外对射感应器来实现对人体通行情况进行探测，从而实现防跟随、通行计数等功能。特别是翼闸、摆闸应用较广泛，而三辊闸由于其自身机械结构的设计及限位开关的使用，使其不需要借助其他器件即可实现计数和防跟随功能。
[0003]红外对射感应器由发送单元与接收单元构成，通过接收单元是否接收到发射单元发出的红外光来感应物体的存在。若接收单元接收到红外光，则表示物体未遮挡；若接收单元未能接收到红外光，则表示物体正遮挡，从而触发报警，表明有人通过。因此红外感应器的探测范围仅为对射器之间的一条直线上，不能实现对人体的到来进行提前探测。
[0004]红外对射感应器在应用过程中必须成对安装，且安装时需对感应器的方向、高度进行精确的调节，安装调试效率均无法保证，增加了人力成本。
[0005]红外对射感应器由于受其工作原理的制约，随着使用时间的增长，光发射机器件及电路老化较快，工作的稳定性和有效性会显著下降。
[0006]在室外场地应用时,红外对射感应器在阳光的直射或斜射下，因阳光中同时含有红外光，会引起误报，且误报率较高。
[0007]因此，现有的通道闸机存在以下缺陷:不能对人体进行提前探测，必须待人体遮挡红外光时才能探测，不能进行主动探测；成本高，性价比低；必须成对安装，安装调试麻烦，安装调试工作效率低；室外场地应用时，受太阳光直射或斜射时，容易出现误报；探测范围极其有限，属于定向被动探测传感器。
[0008]为了克服上述缺陷，有必要提出一种新的门禁感应器，准确、高效的实现对通过人体的探测。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决现有通道闸机的缺陷，提供一种智能超声波门禁感应器，用于身份验证及门禁管理，其特征在于，包含如下部分:超声波探测模块、MCU模块、电源模块、输出模块；其中，超声波探测模块，用于根据MCU模块的指令，进行实时探测，并在声波发送和接收的时间点返送电平信号至MCU模块;MCU模块，用于根据返送电平信号计时确定声波传递时间，MCU模块根据声波传递时间计算出被探测物体的距离并进行逻辑运算，MCU模块运算完成后将控制信号送至输出模块，输出模块执行相应的指令，实现开闸或播放语音；电源模块，由集成电源模块、二极管(U2)、二极管(U3)构成，U2的正极连接+12V电源，负极连接A3的一端口 ；U3的负极连接+12V电源，正极接地，同时连接A3的二端口，A3的三端口输出电压；输出模块由继电器K5、电阻R19、电阻R20、三极管V5、发光二极管H5、二极管U4构成。[0010]根据本发明的一个方面，超声波探测单元由超声波探测模块(U8)、电阻(R7)、电阻(R8)构成，其中R7、R8为限流保护电阻。
[0011]根据本发明的一个方面，MCU模块可采用STC12C5A08S2型号的单片机实现，电容C2、电容C3、电容C5、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C7、电容C8、晶体振荡器Gl为其外围元件，其中C5、R24构成阻容复位电路，R23、R25构成电压检测复位电路，C7、C8、G1构成晶振电路，为单片机提供时钟信号。
[0012]本发明还提出了一种智能超声波门禁感应方法，用于身份验证及门禁管理，其特征在于，包含如下步骤:第一步，MCU发出探测指令；第二步，传感器发出声波并返回电平信号；第三步，MCU计时开始，并等待；第四步，传感器接收到声波并返回电平信号；第五步，MCU计时完成,计算声波传递时间t ;第六步，MCU计算被探测物体距离SI ;第七步，比较SI与触发门限S2，当SI ( S2时，输出开关信号，当S1>S2时，返回到第一步。
[0013]与现有技术相比，本发明可以可对人体进行提前探测，变被动探测为主动探测，并能将探测结果及时反馈至其他系统，为其他系统实现预判断、预执行等提供了时间保障。如门禁语音导引、门禁指示灯导引等。成本低廉，性价比高，且可广泛用于各类通道闸机。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本发明的上述及其他目的、特征及优点。在附图中:
图1示出了根据本发明实施例的红外对射感应器的示意图。
[0015]图2示出了根据本发明实施例的超声波感应器的示意图。
[0016]图3示出了根据本发明实施例的智能超声波门禁感应器的组成框图。
[0017]图4示出了根据本发明实施例的智能超声波门禁感应器的工作流程图。
[0018]图5示出了根据本发明实施例的智能超声波门禁感应器的电路原理图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]本发明采用超声波感应器来识别人体的通过。参见附图3，本发明的智能超声波门禁感应器包含如下组成模块:超声波探测模块3-l、MCU3-2、电源模块3-4、输出模块3_3。
[0022]超声波探测模块根据MCU指令，进行实时探测，并在声波发送和接收的时间点返送电平信号至MCU，MCU根据返送电平信号计时确定声波传递时间，MCU根据声波传递时间计算出被探测物体的距离并进行逻辑运算。MCU运算完成后将控制信号送至输出模块，输出模块执行相应的指令，如开闸、语音等。
[0023]图4示出了根据本发明实施例的智能超声波门禁感应器的工作流程图。所述智能超声波门禁感应的方法，用于身份验证及门禁管理，包含如下步骤:第一步，MCU发出探测指令；第二步，传感器发出声波并返回电平信号；第三步，MCU计时开始，并等待；第四步，传感器接收到声波并返回电平信号；第五步，MCU计时完成，计算声波传递时间t ;第六步，MCU计算被探测物体距离SI ;第七步，比较SI与触发门限S2，当SI < S2时，输出开关信号，开关信号可以是触发语音、控制开闸等，当S1>S2时，返回到第一步。
[0024]参见附图5，电源模块由集成电源模块A3、二极管U2、二极管U3构成。U2的正极连接+12V电源，负极连接A3的一端口 ；U3的负极连接+12V电源，正极接地，同时连接A3的二端口，A3的三端口输出电压，电源模块给整个系统提供稳定的电压，其中二极管U3为防止正负反接。集成电源模块A3可采用LM2596S实现。
[0025]MCU为单片机U12，可采用STC12C5A08S2型号的单片机实现。电容C2、电容C3、电容C5、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C7、电容C8、晶体振荡器Gl为其外围元件。其中C5、R24构成阻容复位电路，R23、R25构成电压检测复位电路，C7、C8、G1构成晶振电路，为单片机提供时钟信号。
[0026]Ul2的38脚通过电阻R4连接到U8的VCC脚，Ul2的42脚通过电阻R7连接到U8的TRIG脚，U12的8脚通过电阻R8连接到U8的ECHO脚。电容C2和C3的一端连接到A3的三端口，另一端连接到地。A3的三端口连接到U12的38脚。电阻R23的一端连接到A3的三端口，另一端连接到U12的29脚，电阻R25的一端连接到U12的29脚，另一端连接到地。C5的正极连接到+5V，另一端连接到U12的4脚，电阻R24的一端连接到U12的4脚，另一端接地。电容C7的一端连接到U12的14脚，另一端接地。电容C8的一端连接到U12的15脚，另一端接地。晶体振荡器Gl连接在U12的14脚和15脚之间。
[0027]输出模块由继电器K5、电阻R19、电阻R20、三极管V5、发光二极管H5、二极管U4构成。电阻R19的一端连接到U12的32脚，另一端连接到发光二极管H5的正极，H5的负极接地。电阻R20的一端连接到U12的32脚，另一端连接到三极管V5的基极，V5的发射机接地，集电极连接二极管U4的正极，U4的负极连接到+5V。继电器K5的一端连接三极管V5的集电极，二端连接+5V。
[0028]超声波探测单元由超声波探测模块U8(型号可采用uslOO)、电阻R7、电阻R8构成，R7、R8为限流保护电阻。
[0029]单片机U12通过42脚实时发送脉冲信号，使超声波探测器U8进行探测距离，超声波探测器发出声波时并将高电平信号通过ECHO引脚传送给单片机的8脚，单片机计时开始，直到超声波探测器接收到声波时并将低电平信号通传送给单片机的8脚，单片机计时完成，运算得到声波传递时间t，单片机根据时间t运算出探测物体距离，并与设定阀值进行比较，判断有效后单片机U12通过32脚输出高电平信号，点亮LED灯H5，并通过三极管V5驱动继电器动作，输出常开信号，从而为其他外围设备提供开关信号。
[0030]参见图1和图2，分别为红外对射感应器与超声波门禁感应器在三辊闸应用中的示例。
[0031]在红外对射感应器的实施例中，包括三辊闸1-1、三辊闸1-2、红外发送器1-3、红外接收器1-4。感应原理为:当发射的红外光不能被接收器接收时触发报警。感应的距离为红外发送器和红外接收器之间的距离。
[0032]在超声波门禁感应器的实施例中，包括三辊闸2-1、三辊闸2-2和超声波感应器2-3。感应原理为:超声波感应器2-3计算出物体的距离，通过控制权软件设置触发距离。感应的范围为超声波垂直中线左右15度，距离15米内可调。
[0033]当人体进入感应范围内，门禁感应器可获得人体距离，当人体距离小于设定的触发距离时，门禁感应器输出开关信号，根据实际需要，开关信号可触发语音、拍照、LED灯指示以及三辊闸开闸。
[0034]本发明的优点在于:
1、可对人体进行提前探测，变被动探测为主动探测，并能将探测结果及时反馈至其他系统，为其他系统实现预判断、预执行等提供了时间保障。如门禁语音导引、门禁指示灯导弓I等。
[0035]2、超声波的收发、声波传递时间计算、被测物体距离计算、阀值比较等均由单片机执行，因此可根据现场情况的不同，修正相应定量参数，从而达到适应各种环境需求。如，改变触发阀值S2，可调整感应距离。
[0036]3、感应范围广，扇形感应范围:直线距离2cm至4.5m，覆盖夹角30度如附图1所
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[0037]4、不受太阳光的影响，同时具备高灵敏度。
[0038]5、感应器独立安装，调试简便
6、成本低廉，性价比高。红外对射感应器成本约为超声波感应器的3倍。
[0039]7、可广泛用于各类通道闸机。
[0040]根据本发明的一个具体实施例，当人体进入超声波测量范围内，声波传递时间t=0.01s, t为超声波发送与接收的时间差，根据声波在空气中的传输速度ν (常温下为340M/S，)，单片机程序设定触发阀值S2=4M，由此可计算出人体距离超声波探测器的距离Sl=v*t=340*0.01=3.4m, S1<S2,因此会触发单片机输出控制信号。
[0041]说明:声波在空气中的传递速度V会因温度而发生改变，超声波模块自带温度测量功能可获得现场温度，可通过公式:v=331.5+0.607T，对声波传递速度进行修正，温度T为摄氏温度。
[0042]因为发明专利的说明书要公开充分，因此，上述修订的电路中的管脚关系还需要给出具体的明确的区分，并且在附图中也要有标示。
[0043]虽然已在具体实施方案中描述了本发明的实施方案及其各种功能组件，但是应当理解，可以用硬件、软件、固件、中间件或它们的组合来实现本发明的实施方案，并且本发明的实施方案可以用在多种系统、子系统、组件或其子组件中。本发明的每个实施例都可以与其它的实施例中的器件相互进行组合，而不是孤立的、单一的实施例，所有实施例之间都可以相互融合而形成新的实施例或者不同的解决方案。本发明虽然采用了不同的实施例来解决相应的技术问题，但是，这些不同的实施例并不是孤立的用于解决单个的技术问题，可以将这些不同的实施例组合起来共同解决矿用装置中需要克服的技术难题，可将不同实施例中的冷却装置和不同的中高压变频器相互组合，以获得良好的冷却性能，以便操作人员更好的完成矿井下的各项工作。
[0044]以上所述，仅为本发明专利较佳的【具体实施方式】，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
[0045]此外，对于本领域的普通技术人员来说可显而易见的得出其他优点和修改。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。
【权利要求】
1.一种智能超声波门禁感应器，用于身份验证及门禁管理，其特征在于，包含如下部分: 超声波探测模块、MCU模块、电源模块、输出模块；其中， 超声波探测模块，用于根据MCU模块的指令，进行实时探测，并在声波发送和接收的时间点返送电平信号至MCU模块； MCU模块，用于根据返送电平信号计时确定声波传递时间，MCU模块根据声波传递时间计算出被探测物体的距离并进行逻辑运算，MCU模块运算完成后将控制信号送至输出模块，输出模块执行相应的指令，实现开闸或播放语音； 电源模块，由集成电源模块、二极管(U2)、二极管(U3)构成，U2的正极连接+12V电源，负极连接A3的一端口 ；U3的负极连接+12V电源，正极接地，同时连接A3的二端口，A3的三端口输出电压； 输出模块由继电器K5、电阻R19、电阻R20、三极管V5、发光二极管H5、二极管U4构成。
2.如权利要求1所述的智能超声波门禁感应器，其特征在于: 超声波探测单元由超声波探测模块(U8)、电阻(R7 )、电阻(R8 )构成，其中R7、R8为限流保护电阻。
3.如权利要求1所述的智能超声波门禁感应器，其特征在于: MCU模块可采用STC12C5A08S2型号的单片机实现，电容C2、电容C3、电容C5、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C7、电容C8、晶体振荡器Gl为其外围元件，其中C5、R24构成阻容复位电路，R23、R25构成电压检测复位电路，C7、C8、Gl构成晶振电路，为单片机提供时钟信号。
4.一种智能超声波门禁感应方法，用于身份验证及门禁管理，其特征在于，包含如下步骤: 第一步，MCU发出探测指令； 第二步，传感器发出声波并返回电平信号； 第三步，MCU计时开始，并等待； 第四步，传感器接收到声波并返回电平信号； 第五步，MCU计时完成,计算声波传递时间t ； 第六步，MCU计算被探测物体距离SI ； 第七步，比较SI与触发门限S2，当SI < S2时，输出开关信号，当S1>S2时，返回到第一止/J/ O
【文档编号】G07C9/00GK103824367SQ201410080656
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】郑小军 申请人:重庆多创电子技术有限公司