基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法。该系统在不改变现有设备的基础上，加装超声波传感器，通过采集距离数据对于进站通道中行人间隔与行人数进行判断，结合刷卡人数计数器，判断逃票现象，并控制闸口起合。本发明利用超声波传感器和单片机程序处理系统实现逃票现象的自动检测，弥补现有设备的不足，给出报警信号，提高进站自动检票的准确性及智能化程度；本发明节省人力物力财力，防止逃票现象普遍发生，避免人工监督过程中出现的不必要失误；采用超声波传感器，解决了人工监督逃票困难这一弊端，具有简易、高效、准确的优点，更好的实现了地铁系统的电子化、智能化和自动化，能够在现有地铁系统的基础上普遍推广。
【专利说明】基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地铁智能检票系统【技术领域】，特别是涉及一种基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法。
【背景技术】
[0002]随着时代的进步、科技的发展和人民生活方式的不断提高，人们的出行越发的频繁。在城市里，轨道交通作为一种重要且便捷的出行方式，被越来越多的人所青睐；同时越来越多的城市也在不断地发展完善轨道交通枢纽，如上海市刚刚建成11号线，正在修建16号线等；武汉市正在修建多条地铁线路等。
[0003]但是也正是由于人们越来越多的选择使用轨道交通作为出行方式，城市轨道交通面临着很大的挑战。其中很突出的一种就是逃票现象；以上海市为例，上海地铁逃票问题十分严重，日均万人逃票导致年直接经济损失1000多万元，导致公共秩序混乱，社会影响恶劣，针对这一问题，目前城市大多还是靠人力监督为主，由于人力监督能力有限，使得逃票问题一直得不到改善。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法。该系统利用超声波传感器和信号处理，实现地铁进站尾随逃票自动报警，解决了现有监督方式的弊端，节省了人力物力财力，防止了逃票现象普遍发生，避免了人工监督过程中出现的不必要失误。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种基于超声传感器的地铁防逃票系统，包括:超声波传感器系统、单片机处理系统以及自动报警系统，其中:
[0007]-超声波传感器系统设置于闸机进站通道的上方，用于获取行人之间的间距数据信息；
[0008]-单片机处理系统，分别与闸机和超声波传感器系统信号连接，根据超声波传感器系统的间距数据信息，判断逃票现象，并向自动报警系统和闸机发出指令信号；
[0009]-自动报警系统，与单片机处理系统信号连接，并根据单片机处理系统发出的指令信号自动报警。
[0010]优选地，所述超声波传感器系统包括两个超声波传感器，两个超声波传感器之前为检测区。
[0011]优选地，还包括刷卡人数计数器和检测区人数计数器，所述刷卡人数计数器设置于闸机的刷卡区，并与单片机处理系统相连接；所述检测区人数计数器设置于检测区，检测区人数计数器通过超声波传感器获取通过检测区的人数，并发送至单片机处理系统与刷卡人数进行比较，辅助判断逃票现象。
[0012]优选地，所述超声波传感器系统采用⑶4052芯片作为信号采集端口，并利用蓝牙通讯将信号传送至单片机处理系统。
[0013]优选地，所述超声波传感器系统采用US100超声波传感器。
[0014]根据本发明的另一个方面，提供了一种基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，包括以下步骤:
[0015]步骤A，行人通过闸机的刷卡区，进入检测区；
[0016]步骤B，检测区的超声波传感器采集传感器与障碍物的距离数据，并对数据高电平上升沿信号的间隔进行判断，得到多行人通过闸机的人体间距信息，并发送至单片机处理系统判断逃票现象:
[0017]_若无人逃票，重复步骤A和步骤B ;
[0018]-若有人逃票，单片机处理系统向闸机发出关闭闸机指令，并向自动报警系统发出报警信号，等待工作人员处理。
[0019]优选地，所述还包括如下步骤:
[0020]步骤C，闸机的刷卡区采集触发信号，若有刷卡信号，刷卡人数计数器加1，否则，刷卡人数计数器不变；
[0021]步骤D，检测区的超声波传感器采集到距离数据后，对检测区进行分割，提取单位检测区内信号上升沿的次数，获取检测区内人数；将检测区内人数记入检测区人数计数器并发送至单片机处理系统；单片机处理系统对检测区人数和刷卡人数进行比对，若前者大于后者，可辅助判断逃票现象。
[0022]优选地，所述步骤B中:得到多行人通过闸机的人体间距信息，是通过行人对于超声波传感器的阻挡效果，根据距离数据的上升沿信号特征，进而判断行人间距。
[0023]优选地，所述上升沿信号特征具体为:超声波传感器采集通道内超声波传感器到障碍物之间距离信息；当无乘客通过，采集数据为超声波传感器至地面距离(传感器安装高度)10,当有乘客通过，采集数据为超声波传感器至人体(障碍物)距离I1, Vi1;通过单片机处理系统对于数据可视化处理J1时刻，当有乘客进入传感器测量范围，数据从高度的恒定Itl直线下降至高度I1，考虑人体厚度d，乘客经过传感器测量范围会得到长度d高度I1直线，T2时刻，乘客离开传感器检测范围，采集数据恢复至Itl，此为系统捕捉到的上升沿信号。
[0024]优选地，所述步骤B中，超声波传感器对人体间距信息进行RC滤波和/或平均值迭代信息处理。
[0025]优选地，所述步骤D中，获取检测区内人数具体为，在检测区内收到上升沿信号为一次触发，检测区人数计数器加1，实现对当前检测区的新进行人数目和退出行人数目进行统计。
[0026]与现有技术相比，本发明具有如下技术特点:
[0027]1、本发明可以在不改变现有设备的基础上，弥补现有设备的不足，利用超声波传感器和单片机来智能化识别逃票现象，并给出报警信号，提高进站自动检票的准确性及智能化程度；
[0028]2、本发明节省了人力物力财力，防止了逃票现象普遍发生，避免了人工监督过程中出现的不必要失误；采用超声波传感器，解决了人工监督逃票困难这一弊端，具有简易、高效、准确的优点，更好的实现了地铁系统的电子化、智能化和自动化，能够在现有地铁系统的基础上普遍推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0030]图1是本发明系统功能结构示意图；
[0031]图2是本发明传感器安装示意图；
[0032]图中:1为超声波传感器，A为检票入口(刷卡区)，B为进站口，C为检测区，D为
进站通道。
【具体实施方式】
[0033]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0034]请同时参阅图1和图2。
[0035]本实施例提供了一种基于超声传感器的地铁防逃票系统，包括:超声波传感器系统、单片机处理系统以及自动报警系统，其中:
[0036]-超声波传感器系统设置于闸机进站通道的上方，用于获取行人之间的间距数据信息；
[0037]-单片机处理系统，分别与闸机和超声波传感器系统信号连接，根据超声波传感器系统的间距数据信息，判断逃票现象，并向自动报警系统和闸机发出指令信号；
[0038]-自动报警系统，与单片机处理系统信号连接，并根据单片机处理系统发出的指令信号自动报警。
[0039]进一步地，所述超声波传感器系统包括两个超声波传感器，两个超声波传感器之前为检测区。
[0040]进一步地，还包括刷卡人数计数器和检测区人数计数器，所述刷卡人数计数器设置于闸机的刷卡区，并与单片机处理系统相连接；所述检测区人数计数器设置于检测区，检测区人数计数器通过超声波传感器获取通过检测区的人数，并发送至单片机处理系统与刷卡人数进行比较，辅助判断逃票现象。
[0041]进一步地，所述超声波传感器系统采用⑶4052芯片作为信号采集端口，并利用蓝牙通讯将信号传送至单片机处理系统。
[0042]进一步地，所述超声波传感器系统采用US100超声波传感器。
[0043]本实施例提供的一种基于超声传感器的地铁防逃票系统，其设计方法，包括以下步骤:
[0044]步骤A，行人通过闸机的刷卡区，进入检测区；
[0045]步骤B，检测区的超声波传感器采集传感器与障碍物的距离数据，并对数据高电平上升沿信号的间隔进行判断，得到多行人通过闸机的人体间距信息，并发送至单片机处理系统判断逃票现象:[0046]-若无人逃票，重复步骤A和步骤B；
[0047]-若有人逃票，单片机处理系统向闸机发出关闭闸机指令，并向自动报警系统发出报警信号，等待工作人员处理。
[0048]进一步地，所述还包括如下步骤:
[0049]步骤C，闸机的刷卡区采集触发信号，若有刷卡信号，刷卡人数计数器加1，否则，刷卡人数计数器不变；
[0050]步骤D，检测区的超声波传感器采集到距离数据后，对检测区进行分割，提取单位检测区内信号上升沿的次数，获取检测区内人数；将检测区内人数记入检测区人数计数器并发送至单片机处理系统；单片机处理系统对检测区人数和刷卡人数进行比对，若前者大于后者，可辅助判断逃票现象。
[0051]进一步地，所述步骤B中:超声波传感器采集检测区内行人之间间距，是通过行人对于超声波传感器的阻挡效果，根据距离数据的上升沿信号特征，进而判断行人间距。
[0052]进一步地，所述上升沿信号特征具体为:超声波传感器采集通道内传感器到障碍物之间距离信息。当无乘客通过，采集数据为传感器至地面距离(传感器安装高度Utl，当有乘客通过，采集数据为传感器至人体(障碍物)距离I1 (ItlM2)。通过上位机对于数据可视化处理。T1时刻，当有行人进入传感器测量范围，数据从高度的恒定Itl直线下降至高度I1，考虑人体厚度d，乘客经过传感器测量范围会得到长度d高度I1直线，T2时刻，乘客离开传感器检测范围，采集数据恢复至Itl，此为系统捕捉到的上升沿信号。
[0053]进一步地，所述步骤B中，超声波传感器对人体间距信息进行RC滤波和/或平均值迭代信息处理。
[0054]进一步地，所述步骤D中，获取检测区内人数具体为，在检测区内收到上升沿信号为一次触发，检测区人数计数器加1，实现对当前检测区的新进行人数目和退出行人数目进行统计。
[0055]本实施例具体为:
[0056]本实施例提供的基于超声传感器的地铁防逃票系统，将信号采集、处理、控制融入到地铁闸机端口中，通过超声波传感器对于检测区进行监控，实现地铁防逃票功能。通过⑶4052芯片作为信号采集端口，利用蓝牙通讯将信号传送至单片机处理系统(上位机)。系统功能结构如图1所示。
[0057]本实施例可以应用在现有的闸道自动检票系统上，其超声波传感器系统安装示意图如图2所示。通过比较信号上升沿的距离判断行人间距，判断逃票现象；比较刷卡人数计数器和检测区人数计数器的计数值，判断逃票现象，并控制闸口的开启；其装置主要器件包括超声波传感器，上位机及报警器等。
[0058]在检测过程中，准确获取检测区中人与人之间间距是本发明的关键。本发明通过合理布置传感器的位置，将传感器布置于进站通道的上方，使检测目标位于检测的最佳范围内；将传感器安置在进站通道上方，有效排除箱包手臂对于传感器距离判断的影响；将传感器安置在进站通道的上方，能够有效按照身高对于同行者进行分类，寻找目标对象群体。
[0059]检测过程中，通过RC滤波、平均值迭代对于信号处理，有效排除信号中的高频毛刺，信号上升沿与信号均值差别明显，方便上升沿的计数以及对于信号上升沿间距离的判断，能够增强该防逃票系统的判断精度与识别准确性。
[0060]在本实施例中:
[0061]本实施例提供的基于超声传感器的地铁防逃票系统，可以在现有的闸道自动检票系统加装超声波传感器和单片机处理系统，通过采集行人通过时与传感器的距离数据判断两行人间距，判断逃票现象；比较刷卡人数计数器和检测区人数计数器的计数值，辅助判断逃票现象；并控制闸口的开启。
[0062]本实施例提供的基于超声传感器的地铁防逃票系统，其设计步骤可以包括:
[0063]1、采集刷卡系统的触发信号，若有刷卡信号，刷卡人数计数器加1，否则，刷卡人数计数器不变；
[0064]2、采集检测区的超声波传感器采集到的距离数据，对于高电平上升沿信号的间隔进行判断，得到多行人通过闸机的人体间距，判断逃票；
[0065]3、采集检测区的超声波传感器采集到的距离数据，对信号检测区进行分割，提取单位检测区内信号上升沿的次数，获取检测区内人数，记入检测区人数计数器。与刷卡人数计数器进行比对，若前者大于后者，可辅助判断有人逃票；
[0066]4、若无人逃票，转入步骤I ;否则，关闭闸机，发出报警信号，等待处理。
[0067]通过超声波信号表征人数与行人间关系，决定是否报警。
[0068]上述步骤中，检测区域人数的检测，是通过对超声波信号进行分析，根据对应曲线的特征，对于个体人数以及行人问关系进行判断。
[0069]上述步骤中，检测区人体目标的替换信息，是通过将当前超声波信号与其之前超声波信号的目标区域做相关比较，实现对当前超声波检测区的新进人体数目和退出人体数
[0070]本实施例提供的基于超声传感器的地铁防逃票系统及其设计方法，利用超声波传感器和信号处理，实现地铁进站逃票自动报警。通过在现有的闸道自动检票系统加装超声波传感器和单片机处理器，比较两个高电平上升沿距离判断行人间距判断逃票；刷卡人数计数器和检测区人数计数器的计数值，辅助判断逃票现象；控制闸口的开启及报警。
[0071]本实施例通过采集数据的高电平上升沿之间关系，判断行人之间关系，决定是否报警。检测行人间间距，是通过行人对于超声波传感器的阻挡效果，根据采集数据的上升沿信号特征，判断行人间距。在检测区内收到上升沿信号为一次触发，检测区人数计数器加1，实现对当前图像检测区的新进人体数目和退出人体数目的统计。
[0072]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种基于超声传感器的地铁防逃票系统，其特征在于，包括:超声波传感器系统、单片机处理系统以及自动报警系统，其中: -超声波传感器系统设置于闸机进站通道的上方，用于获取行人之间的间距数据信息； -单片机处理系统，分别与闸机和超声波传感器系统信号连接，根据超声波传感器系统的间距数据信息，判断逃票现象，并向自动报警系统和闸机发出指令信号； -自动报警系统，与单片机处理系统信号连接，并根据单片机处理系统发出的指令信号自动报警。
2.根据权利要求1所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统，其特征在于，所述超声波传感器系统包括两个超声波传感器，两个超声波传感器之前为检测区。
3.根据权利要求1所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统，其特征在于，还包括刷卡人数计数器和检测区人数计数器，所述刷卡人数计数器设置于闸机的刷卡区，并与单片机处理系统相连接；所述检测区人数计数器设置于检测区，检测区人数计数器通过超声波传感器获取通过检测区的人数，并发送至单片机处理系统与刷卡人数进行比较，辅助判断逃票现象。
4.根据权利要求1或2所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统，其特征在于，所述超声波传感器系统米用USlOO超声波传感器。
5.根据权利要求 4所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统，其特征在于，所述超声波传感器系统采用CD4052芯片作为信号采集端口，并利用蓝牙通讯将信号传送至单片机处理系统。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A，行人通过闸机的刷卡区，进入检测区； 步骤B，检测区的超声波传感器采集传感器与障碍物的距离数据，并对数据高电平上升沿信号的间隔进行判断，得到多行人通过闸机的人体间距信息，并发送至单片机处理系统判断逃票现象: -若无人逃票，重复步骤A和步骤B ； -若有人逃票，单片机处理系统向闸机发出关闭闸机指令，并向自动报警系统发出报警信号，等待工作人员处理。
7.根据权利要求6所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，其特征在于，所述还包括如下步骤: 步骤C，闸机的刷卡区采集触发信号，若有刷卡信号，刷卡人数计数器加1，否则，刷卡人数计数器不变； 步骤D，检测区的超声波传感器采集到距离数据后，对检测区进行分割，提取单位检测区内信号上升沿的次数，获取检测区内人数；将检测区内人数记入检测区人数计数器并发送至单片机处理系统；单片机处理系统对检测区人数和刷卡人数进行比对，若前者大于后者，可辅助判断逃票现象。
8.根据权利要求6或7所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，其特征在于，所述步骤B中:得到多行人通过闸机的人体间距信息，是通过行人对于超声波传感器的阻挡效果，根据距离数据得到的的上升沿信号特征，进而判断行人间距；所述上升沿信号特征具体为:超声波传感器采集通道内超声波传感器到障碍物之间距离信息。当无乘客通过，采集数据为超声波传感器至地面距离Itl,当有乘客通过，采集数据为超声波传感器至人体距离I1, 10>12 ;通过单片机处理系统对于数据可视化处理J1时刻，当有乘客进入传感器测量范围，数据从高度的恒定Itl直线下降至高度I1，考虑人体厚度d，乘客经过传感器测量范围会得到长度d高度I1直线，T2时刻，乘客离开传感器检测范围，采集数据恢复至Itl，此为系统捕捉到的上升沿信号。
9.根据权利要求6或7所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，其特征在于，所述步 骤B中，超声波传感器对人体间距信息进行RC滤波和/或平均值迭代信息处理。
10.根据权利要求7所述的基于超声传感器的地铁防逃票系统的设计方法，其特征在于，所述步骤D中，获取检测区内人数具体为，在检测区内收到上升沿信号为一次触发，检测区人数计数器加1，实现对当前检测区的新进行人数目和退出行人数目进行统计。
【文档编号】E01F13/04GK103942865SQ201410157906
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】徐达琦, 王志星, 刘冀东, 陈超镭, 裴景玉 申请人:上海交通大学