一种智能检测通行控制系统的制作方法

本发明涉及智能检测通行软件技术领域，更具体地说，它涉及一种智能检测通行控制系统。

背景技术：

目前在市场上，智能通行闸机应用很广泛，随着电子科学技术与 AI智能技术的大力发展，通行闸机在不断的向智能化发展。在智能控制的方面软件的逻辑和伺服电机机芯决定着产品的优劣。

目前的智能通行闸机在控制方式上，多采用单一的逻辑单点控制，逻辑性不是很强，其控制的精度和时间均较差。

基于上述问题，需要提出一种能大大提高控制的精度和时间的智能检测通行控制系统。

技术实现要素：

针对实际运用中这一问题，本发明目的在于提出一种智能检测通行控制系统，具体方案如下：

一种智能检测通行控制系统，包括闸机、设置于所述闸机上的传感器和感应证件阅读器、读卡器、扫描器、机芯、机芯控制器、逻辑控制板以及扇门，所述机芯采用直流无刷伺服电机驱动；

所述闸机采用逻辑运算程序控制，所述逻辑运算程序收录于所述逻辑控制板中；

所述逻辑运算程序包括机芯控制程序与通行逻辑运算程序，所述逻辑运算程序用于接收/控制/反馈所述感应证件阅读器、读卡器、扫描器以及机芯控制，进行逻辑运算，以实现智能通行控制。

进一步所述机芯控制程序的控制步骤包括：

所述传感器检测所述无刷直流电机上转子的位置，通过固定在所述无刷直流伺服电机上定子的若干传感器，来检测经过所述传感器的无刷直流电机上转子磁极；

当所述转子上N磁极或S磁极通过传感器时，传感器会发出不同的电信号，依据所述信号，判断换向的精确顺序；

通过检测电机转子的位置，依次给各相通电，以使得定子产生的磁场方向连续均匀地变化，以实现电机的无接触换向；

定义直流无刷伺服电机正转为扇门打开，反转为扇门闭合，以此通过控制电机的正反转来实现扇门的打开和关闭。

进一步所述电机的速度调节，采用PWM脉宽调制技术。

进一步所述还包括编码器，所述编码器安装于所述直流无刷伺服电机上；

所述编码器采用数字电路控制，所述数字电路控制采用二进制编码。

进一步通过所述通行逻辑运算程序对步态识别和人体识别进行判断，所述通行逻辑运算程序包括步态识别算法和人体识别算法；

所述步态识别算法采用运动物体的图像，构建时空模型，所述时空模型由X、Y、Z三个轴组成立方体；当人和物体通过所述闸机通道时，传感器会采集到若干与时间序列相联系的离散点，借助于时空模型进行分析，给出结果以正确区分人与物；

所述人体识别算法通过旅客进入通道内对通道内传感器的遮挡位置进行判断。

进一步所述人体识别算法中，在旅客通行过程，通过所述逻辑控制板对闸机通道内传感器的状态进行实时采集。

进一步所述逻辑控制板设为分体式结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明中逻辑板采用分体式设计，即设计成两个逻辑控制板，可以有效减少一个逻辑板的接线和供电，可以连接更多设备以实现其设计功能，对于设备部件的布局和接线有一定的好处；

在机芯的逻辑控制上，采用旋转角计算法进行控制，可以很好的控制机芯电机的旋转角度，同时在控制上对于阻止、冲撞和阻转上通过电流变化和角度的预判断进行精确的控制，进而节约时间，使得通行更加安全可靠；

增加传感器数量及其不同的位置，在系统的设计中有正常通行、异常处理、错误反馈、自动回复等处理模式，实现对通行快速精准的控制。

附图说明

图1为本发明机芯中直流无刷伺服电机打开时扇门动作；

图2为本发明机芯中直流无刷伺服电机关闭时扇门动作；

图3为本发明方波图；

图4为本发明光电编码示意图；

图5为本发明二进制代码表示图；

图6为本发明人体通过传感器状态图；

图7为本发明人体通过传感器状态图；

图8为本发明人体与物体共同通行时传感器状态图；

图9为本发明人体通过时的模型图；

图10为本发明物体通过时的模型图；

图11为本发明通道探测区图；

图12为本发明通道检测区图；

图13为本发明通道安全区图；

图14为本发明通道离开区图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

一种智能检测通行控制系统，包括闸机、设置于闸机上的传感器和感应证件阅读器、读卡器、扫描器、机芯、机芯控制器、逻辑控制板以及扇门，机芯采用直流无刷伺服电机驱动。

机芯安装于闸机内，并与扇门连接，电机作为机芯驱动力，驱动机芯工作，以实现扇门的开启和闭合。

为了实现对整个闸机的智能化控制，闸机采用逻辑运算程序控制，逻辑运算程序收录于逻辑控制板中。

逻辑控制板设为分体式设计，即逻辑控制板设为两个，这样可以有效减少一个逻辑控制板的接线和供电，并且可以连接更多的设备实现其设计功能，对于设备的部件的布局和接线有一定的好处。

具体地说逻辑运算程序包括机芯控制程序与通行逻辑运算程序，逻辑运算程序用于接收/控制/反馈感应证件阅读器、读卡器、扫描器以及机芯控制进行逻辑运算，以实现智能通行控制。

一、机芯控制程序的控制步骤包括：

传感器检测电机上转子的位置，通过固定在电机上定子的若干传感器，来检测经过传感器的电机上转子磁极；

当转子上N磁极或S磁极通过传感器时，传感器会发出不同的电信号，依据信号，判断换向的精确顺序；

通过检测电机转子的位置，依次给各相通电，以使得定子产生的磁场方向连续均匀地变化，以实现电机的无接触换向。

启动特性在电机中，其电势平衡方程为：

U＝E+Ir+ΔU

式中，U是电源电压(V)；E是电枢绕组反电动势(V)；I是平均电枢电流(A)；r是电枢绕组的平均电阻(Ω)；ΔU是功率晶体管饱和管压降(V)。

由此可知，电机启动时，反电动势为零，电枢电流公式为：

由于ΔU和r的均值较小，在转矩较大，转速较低时，流过电枢绕组和开关器件的电流I较大，电机可以获得较大的启动电磁转矩来带动负载。转子转动过程中产生反电动势使电磁转矩降低，电机的驱动电流变小。机的机械特性和调节都是线性的，这些特性可以很好的满足快速频繁启动设备的要求，同时也可以通过调节电源电压实现无极调速。

机械特性和调速特性

由公式可知，在恒定的电压下，电机的机械特性可通过下式可得：

n是电机转速(r/min)；Ke是反电动势系数(V/r/min)；Km为转矩系数(N·M/A)；M是电磁转矩(N·M)；在相同转速下，改变电压即可改变输出转矩；

在同等负载下，调整电源电压即可调整速度。依据这些特点，扇门的快速开关启停可以充分利用直流电机的特性做到平稳运行。

在实际控制中，可以设定电机正转为扇门打开，电机反转为扇门关闭，通过控制电机的正反转来实现扇门的打开和关闭，具体可参照图1-2，图1展示的是机芯中电机打开时扇门动作，图2展示的机芯中机关闭时扇门动作。

机芯中电机的速度调节，采用PWM脉宽调制技术。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。

参照图3，电机的电枢绕组两端的平均电压值UO:

其中α为占空比，α＝T1/T，α在0到1之间变化。电机的调速可通过增加或减小占空比就可以增加或减小电枢平均电压值来实现。在实际应用中，可以通过控制驱动板的8位定时器/计数器2(T/C2) 通过编程设置来产生所需的PWM波对电机进行转速控制。

为了使得闸机能够实现精准的开门到位、关门到位，本发明闸机中还采用了编码器，编码器安装于电机上。

参照图4，编码器将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可以通讯、传输和储存的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位置转换成电信号，通过角度的变化来实现闸门扇门的精准控制。

编码器采用十进制编码或某种文字和符号的编码用电路来实现。我们采用数字电路控制，数字电路采用的是二进制编码。二进制只有 0和1两个数码，可以把若干个0和1按一定规律编排起来组成不同的代码(二进制数)来表示某一对象或信号，参照图5。

其逻辑运算公式为：

二、通行逻辑运算程序

通过通行逻辑运算程序对步态识别和人体识别进行判断，通行逻辑运算程序包括步态识别算法和人体识别算法。

其中，步态识别算法主要原理是根据旅客行走时特殊的步态特征在进行识别。和别的生物识别技术有所不同，步态识别有其独特的优势，例如非接触性、易于感知、远距离难以伪装等，具有较强的准确识别能力。

采用运动物体的图像，构建时空模型，时空模型由X、Y、Z三个轴组成立方体；当人和物体通过闸机通道时，传感器会采集到若干与时间序列相联系的离散点，借助于时空模型进行分析，给出结果，以正确区分人与物。

参照图6-图8，图6-图7展示的是人体通过传感器状态图，图8 展示的是人体与物体共同通行时传感器状态图。

通过构建时空模型之后，形成如图9-10所示的模型，传感器将这些离散的状态传递给主控单元进行系统的数据分析，根据不同的模型进行相应的判断，最终达到正确区分人与物的目的，如图9-10，图9展示的是人体通过时的模型图，图10展示的是物体通过时的模型图。

人体识别算法通过旅客进入通道内对通道内传感器的遮挡位置进行判断。

判断方法如下：在旅客通行过程，通行逻辑控制板对通道内传感器的状态进行实时采集，每个感应器的状态变化分别以“0”或“1”存放在PCU的寄存器中。遮挡和非遮挡状态分别对应状态为“0”和“1”。在闸机工作状态下任意时间点t，传感器的Si(1≤i≤16)工作状态都可表示为：

则t时刻所有传感器的工作状态为：

F(t)＝(f(t))i fi(t)＝S(i,t),1≤i≤16

传感器状态F(t)是一个矢量，16对传感器大的工作状态都可以由该向量的元素来表示。旅客在闸机过道内通行时因遮挡传感器，t 时刻所有传感器状态为qt＝F(t)。在整个通行过程中光电开关的状态形成一个序列。设运动个体经过通道需要的在总时间为T的乘客通行时间内，序列中包含T个传感器状态向量，则该序列为：

Q＝(qt)其中qt＝F(t)，0≤t≤T

在单向通行闸机的具体应用中的传感器状态向量可按下面方式定义。

通道内传感器状态正常，且通道内没有任何可遮挡物体下的感应器状态，即

F0＝(ft)其中fi＝0,1≤i≤16

进入通道探测区后，只有S1、S2处于被遮挡状态，即

F1＝(fi)其中fi＝1 i＝1，2

fi＝0 i＝其他。

参照图11，图11展示的是通道探测区图。

进入通道监控区后，只有S3、S4、S5、S6、S7、S8处于被遮挡状态，即

F2＝(fi)其中fi＝1 i＝3，4，5，6，7，8

fi＝0 i＝其他。

图12展示的是通道检测区图。

进入通道安全区后，只有S9、S10、S11、S12、S13、S14处于被遮挡状态，即

F2＝(fi)其中fi＝1 i＝9，10，11，12，13，14

fi＝0 i＝其他。

参照图13，图13展示的是通道安全区图。

进入通道离开区后，只有S15、S16处于被遮挡状态，即

F2＝(fi)其中fi＝1 i＝15，16

fi＝0 i＝其他。

参照图14，图14展示的是通道离开区图。

如果前后相临的两个光电开关状态都未被遮挡状态，记为F00；即

Si＝0且Si+1＝0,i＝1,2,3,4

如果水平位置相临的两个光电开关状态，分别处于被遮挡状态和未被遮挡状态，记为F10；即

Si＝1且Si+1＝0，i＝1,2,3,4。

这样，通过对传感器的遮挡位置，采用人体识别算法，实现对进入通道内旅客的识别。

此外，本发明对扇门的阻止、冲撞、阻转上通过电流变化和角度进行预判断：

在机芯发生“阻止”的时候是因为离合器的锁合力防止门扇被打开，离合器的电流发生变化这一变化由系统反馈出来重现“阻止”状态；

“冲撞”则是由机芯的编码器进行控制的，在发生冲撞的时候扇门的位置会在编码器上发生瞬间变动，编码器会检测到这一变化并作出处理反馈，系统根据这一信息反馈则为“冲撞”；

“堵转”也是由编码器发生作用的，“堵转”是因为编码器在设计的时间内没有到达该到的位置，有较大的角度偏差，编码器将此数据进行反馈，系统根据这一反馈认为是“堵转”。

本发明的具体实施原理是：本发明中，机芯的运转通过逻辑运算进行控制，逻辑运算程序收录在逻辑控制板内，通过各个传感器、读卡器、阅读器、机芯附件等信息的传递反馈进行合理精确的逻辑判断，实现精确的逻辑通行控制，每个控制都在毫秒级，并且采用旋转角计算法进行控制，可以很好的控制机芯电机的旋转角度，同时还在控制上对于阻止、冲撞和阻转上通过电流变化和角度的预判断进行精确的控制，进而节约时间，使得通行更加安全可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。