专利名称：防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法
技术领域：
本发明涉及安防电子技术领域，特别是一种防宠物踩踏式报警装置以及一种测量区域的面积以区分脚型的方法。
背景技术：
踩踏式报警器涉及到区分脚的类型，以避免因宠物踩踏而引发报警。单片微型计算机能做字节间的加、减、乘、除与逻辑运算，其算术运算功能弱，可扩展的存储容量小，运算速度低，一般不适合于识别或匹配图形。但是，2010年6月中旬提交国家知识产权局专利局审查的“踩踏式报警器”等系列实用新型的物理结构却有利于应用单片机技术区分人与小动物的踩踏。例如，其中的发明“防宠物踩踏式报警器及其区分人与小动物踩踏的方法”借助单片机技术检测脚型的宽度特征，据此快速地区分人与小动物的踩踏，仅仅警报人的脚的踩踏。
发明内容
本发明的目的是提供一种防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法， 所述测量面积以区分脚型的方法以所述防宠物踩踏式报警器为物理基础，采用单片机技术测量被踩踏区域的面积，据此区分人与小动物的脚型，在受到人的踩踏时发出报警声。本发明实现其目的所采用的技术方案是所述防宠物踩踏式报警器由一个长方形框架、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、音乐电路以及测量面积以区分脚型程序组成；其中，长方形框架的上部和底部各有一组电极，分别称之为列电极组和行电极组，每一组电极包括72根彼此独立、间距均勻、裸露的金属导线，两组电极的导线排列的方向相互垂直，列电极组的导线依序分别连接到并入串进电路的各个并行输入端，行电极组的导线依序分别连接到串入并出电路的各个并行输出端，单片机系统装载有测量面积以区分脚型程序，其输出口线P3. 7连接到音乐电路的输入端，电池组作为本装置的电源。所述长方形框架的上部和底部的两组电极由该框架的两侧绝缘隔离并支撑着。所述单片机系统包括一块单片机及其晶振电路和上电复位电路、随机存储器电路，其中，随机存储器电路由一块74HC373和64KB的RAM组成。所述串入并出电路由9块74HC164级联组成第一块74HC164的信号串行输入端 A连接到单片机系统的输出口线Pl. 2，其最高位输出端QH连接到第二块的信号串行输入端 A，第二块的最高位输出端QH连接到第三块的信号串行输入端A，依次类推，共产生8 (位/ 块)X9块=72位的信号并行输出端；9块74HC164的清零端与信号串行输入端B都连接到电池组的正极，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 3。所述并入串进电路由9块74HC165级联组成最后一块74HC165的并入串出信号端QH连接到前一块的信号串行输入端DS，依次类推，共产生8 (位/块)X 9块=72位的信号并行输入端，每一位信号并行输入端还各自连接一个下拉电阻到电池组的负极，第一块 74HC165的并入串出信号端QH连接到单片机系统的输入口线Pl. 5，这9块74HC165的并入’堆栈初值，
准备输出信号， ’准备输入信号，
’ R5, R6分别为格子计数器的低字节和高字节， Number_C0L为列电极组中导线的数目， Number_R0ff为行电极组中导线的数目， ，清零串入并出电路的9块74HC164的输出端， ，R3为循环计数器， ，R0为循环计数器，
数据装载控制端/PL都连接到单片机系统的输出口线Pl. 6，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 7，它们的时钟使能输入端/CE都连接到电池组的负极。人的脚，无论赤着脚还是穿着鞋，它占据的面积远大于猫、狗等其它小动物的脚所占据的面积。因此，本发明测量面积以区分脚型程序包含测量被踩踏区域面积的方法，用于区分人与小动物的脚型，其步骤如下步骤一、初始化单片机M0V_SP，2FHCLR_P1. 2，Pl. 3，Pl. 7，P3. 7SETB_P1. 5，Ρ1· 6步骤二、初始化程序CLR_R5，CLR_R6Loopl :M0V_Rq，#Number_C0LLoop2 :M0V_R3, #Number_R0WSETB_P 1. 2, NOP, CLR_P 1. 2DJNZ_R3，Loop2DJNZ_R0，LooplM0V_DPH, #00H, M0V_DPL, #00H，初始化数据指针 DPTR，，分开为两个8位的X，y坐标指针，步骤三、开始扫描检测被踩踏的区域1)通过单片机对行电极组中的第一根导线输出一个高电平，然后，逐根检测列电极组中导线的电平，其低、高电平分别以#00H，#01H表示且存储之M0V_@DPTR，#00H或 M0V_iDPTR, #01H，其中，每检测完一根列电极组导线，y坐标指针就指向下一根列电极组导线INC_DPL，如果检查完毕列电极组中的全部导线，即DPL = Number_C0L,把x，y坐标指针指向下一根行电极组导线INC_DPH，M0V_DPL, #00H ；2)通过单片机对行电极组中的下一根导线输出一个高电平，然后，逐根检测列电极组中导线的电平，其低、高电平分别以#00H，#01H表示且存储之，其中，每检测完一根列电极组导线，y坐标指针就指向下一根列电极组导线，如果检查完毕列电极组中的全部导线，即DPL = Number_C0L,把x，y坐标指针指向下一根行电极组导线；3)判断行电极组中当前处于高电平的导线是否超出其最后一根仏冲？！^灿！^一！^！^^丨行电极组中导线的数目^不是最后一根，跳转到本步骤三之2)继续进行扫描检测；(b)DPH = Number_R0ff,已超出最后一根，执行下一步骤；步骤四、运用“数格子量面积的方法”，获得当前被踩踏区域的面积S ；步骤五、如果S ^ Area, (Area为某个预定值)，就判断为受到人的脚的踩踏，并发出警报信号SETB_P3. 7，经过延时约十秒，再撤除该报警信号CLR_P3. 7 ；步骤六、跳转到步骤一，开始新的一轮扫描检测工作。上述步骤四所述数格子量面积的方法包括下述步骤
步骤一、初始化X，y 坐标指针 DPTR :M0V_DPH, #00H, M0V_DPL, #00H ；步骤二、从RAM取出并查看当前位置的数据M0V_A，iDPTR,(a)如果该数据不等于#01H，跳转执行本方法之步骤三；(b)如果它等于#01H，查看当前坐标位置的正下方(DPH — DPH+1，DPL)、左下角 (DPH — DPH+1，DPL — DPL-1)两处的数据是否同时等于#01H，是，则格子计数器1 加1 ；还要查看当前坐标位置的右邻(DPH，DPL — DPL+1)对应的数据是否等于#01H 是，跳转本方法之步骤三，否，进一步查看当前坐标位置的正下方(DPH — DPH+1，DPL)、右下角(DPH — DPH+1， DPL — DPL+1)两处的数据是否同时等于#01H，是，则格子计数器1 也加1 ；若当前坐标位置位于边上的第一行、第一列、最后一行或最后一列，则当前坐标位置的正下方、左下角、右邻与右下角在RAM中没有相应的数据，此时其坐标的特点是DPH < 0、DPL < 0、DPH = Number_R0ff 或 DPL = Number_C0L,权当这些坐标点处的数据为 #00H ；步骤三、χ, y坐标指针DPTR指向当前坐标位置的下一个坐标点如果当前坐标点已经超出本行倒数第一列，即DPL = Number_C0L时，下一个坐标点为(DPH — DPH+1, DPL 一 0)，否则，下一个坐标点为(DPH，DPL 一 DPL+1)；步骤四、如果X，y坐标指针DPTR尚未超出倒数第一行，即DPH < Number_R0ff,跳转本方法之步骤二，继续本次数格子量面积的工作；否，则计算被踩踏区域的面积S = I^5>^S(luaM，其中，Ssquare为一个格子的面积，由行、列电极组内导线的间距决定，清零格子计数器&1 5，结束本次数格子量面积的工作。本发明的优点是，按照行、列两电极组导线的排列建立二维坐标系，借助单片机就可以扫描检测被踩踏的区域、通过数格子计算面积、判断脚的类型并决定是否发出报警声； 其防宠物踩踏式报警器经济、实用。
下面对照附图进一步具体说明本发明。图1是本发明的结构示意图。图2是单片机系统的原理图。图3是串入并出电路的原理图。图4是并入串进电路的原理图。图5是用数码表示被踩踏的区域以及数格子量面积的方法示意图。图中，1.长方形框架，11.长方形框架1的侧面(宽)，12.长方形框架1的侧面(长)，13.长方形框架1底板上的(行)电极组，14.位于长方形框架的上部的(列) 电极组，141.目标区域，143.对目标区域数格子的行扫描检测方向，21.-29. 74HC164， 31.-39. 74HC165。
具体实施例方式本发明包括一个长方形框架(1)、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、音乐电路以及测量面积以区分脚型程序。长方形框架(1)如图1所示，其上部和底部各有一组电极(14)和(13)，分别称之为列电极组和行电极组，每一组电极由72根裸露的金属导线组成，这些导线彼此独立，间距均勻，两组电极(14)和(13)的导线排列的方向相互垂直(不作严格要求)，由框架(1) 的两侧(11)或(1 绝缘隔离并支撑着，整个长方形框架的外部包裹着绝缘材料，外形似踏脚垫。单片机系统如图2所示，图中没有画出单片机的上电复位电路和时钟电路。假设行、列电极组各有256根导线，会产生256X256 = 65536个交叉点，每个交叉点有两种状态分离或接触，而64KB = 64X 1024 = 64X 210 = 65536，因此，需要扩展64KB片外RAM。 单片机需要选用8051系列中具有40个脚的，最好它自带片内Flash程序存储器，这时，其单片机的引脚/EA接到电源正极。所述串入并出电路如图3所示，由九块8位串入并出移位寄存器
74HC164(21)-(29)级联组成，其72个输出端QA, QB, QC, QD, QE,......分别依次连接到长
方形框架(1)的底部的行电极组(13)中的每根金属导线。所述并入串进电路如图4所示，由九块8位并入串出移位寄存器
74HC165(31)-(39)级联组成，其72个输出端A，B，C，D，E，......分别依次连接到长方形框
架(1)的上部的列电极组(14)中的每根金属导线。这72个输出端A，B，C，D，E，......的
每一个还各自连接一个 30ΚΩ的下拉电阻到电源的负端，因为简洁缘故，图4中并没有全部画出这些下拉电阻。音乐电路采用音乐集成电路配合扬声器，或者只使用一只蜂鸣器，用于发出报警声。平时，行、列电极组中导线在空间上相互交叉但没有接触，列电极组中的导线的电势被下拉到电源地，单片机通过串入并出电路逐根扫描式输出高电平到行电极组的导线。 受到踩踏时，被踩踏的区域内行、列电极组中的导线发生接触，依序使得位于这些接触点的列电极组中的导线也处于高电平。可以选取位于左上角的第一个交叉点所在处作坐标系的原点，按照行、列电极组中导线的排列方向建立坐标系，单片机通过扫描检测获得空间上相互交叉的点的高、低电平，被存储在64KB片外RAM中。这样，用#00H，#01H两个数码就表示了整个防宠物踩踏式报警器所警戒的区域的状况，参见图5所示。测量面积以区分脚型程序装载在单片机系统的程序存储器中。“测量被踩踏区域面积的方法In该程序之步骤四所述。参见图5，数格子的规则之要点是1)从左向右、从上向下逐个坐标点地查看并统计格子，2)遇到相应的标志数码#01H的时候，先按照a — b — c 路线进行查看，如果该路线上相关的三个交叉点的数据都为标志数码，则表示该踩踏区域内包围了一个格子；然后，查看其右边的点e的数据是否为标志数码是，则按下一个坐标点来统计格子，否，则按照a — b — d路线查看，如果该路线上相关的三个交叉点的数据都为标志数码，则表示该踩踏区域内还得计数一个格子；3)数格子数到最后一行的最后一个坐标点结束本次工作。踩踏区域的面积等于统计出的被踩踏区域内格子的数量乘上一个格子的面积。根据被踩踏区域面积的大小，可以分析受到的踩踏的性质，判断是否属于人的踩踏还是小动物的踩踏。本发明所述单片机系统的输出或输入端口线可以根据实际情形加以变换，所述列或行电极组所包含的导线的数目及其间距、相应的串入并出、并入串出移位寄存器的数目以及随机存储器的容量可以根据本发明所述扫描检测原理增加或减少。
权利要求
1.防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述防宠物踩踏式报警器由一个长方形框架、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路、音乐电路以及测量面积以区分脚型程序组成；其中，长方形框架的上部和底部各有一组电极，分别称之为列电极组和行电极组，每一组电极包括72根彼此独立、间距均勻、裸露的金属导线， 两组电极的导线排列的方向相互垂直，列电极组的导线依序分别连接到并入串进电路的各个并行输入端，行电极组的导线依序分别连接到串入并出电路的各个并行输出端，单片机系统装载有测量面积以区分脚型程序，其输出口线P3. 7连接到音乐电路的输入端，电池组作为本装置的电源。
2.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述长方形框架的上部和底部的两组电极由该框架的两侧绝缘隔离并支撑着。
3.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其同时测量若干区域面积的方法，其特征在于，所述单片机系统包括一块单片机及其晶振电路和上电复位电路、随机存储器电路，其中，随机存储器电路由一块74HC373和64KB的RAM组成。
4.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述串入并出电路由9块74HC164级联组成第一块74HC164的信号串行输入端A 连接到单片机系统的输出口线Pl. 2，其最高位输出端QH连接到第二块的信号串行输入端 A，第二块的最高位输出端QH连接到第三块的信号串行输入端A，依次类推，共产生8 (位/ 块)X9块=72位的信号并行输出端；9块74HC164的清零端与信号串行输入端B都连接到电池组的正极，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 3。
5.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述并入串进电路由9块74HC165级联组成最后一块74HC165的并入串出信号端QH连接到前一块的信号串行输入端DS，依次类推，共产生8 (位/块)X 9块=72位的信号并行输入端，每一位信号并行输入端还各自连接一个下拉电阻到电池组的负极，第一块 74HC165的并入串出信号端QH连接到单片机系统的输入口线Pl. 5，这9块74HC165的并入数据装载控制端/PL都连接到单片机系统的输出口线Pl. 6，它们的时钟信号输入端都连接到单片机系统的输出口线Pl. 7，它们的时钟使能输入端/CE都连接到电池组的负极。
6.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述测量面积以区分脚型程序包含测量被踩踏区域面积的方法，用于区分人与小动物的脚型，其步骤如下步骤一、初始化单片机 M0V_SP，2FHCLR_P1. 2，PL 3，PL 7，Ρ3· 7 SETB_P1. 5，PL 6 步骤二、初始化程序 CLR—R5，CLR—R6 Loopl :MOV_R0, #Number_COL Loop2 :M0V_R3, #Number_ROW SETB_P1. 2, NOP, CLR_P1. 2 DJNZ_R3, Loop2’堆栈初值，，准备输出信号， ’准备输入信号，，R5, R6分别为格子计数器的低字节和高字节， ’ Number_COL为列电极组中导线的数目， ，Number_ROW为行电极组中导线的数目， ，清零串入并出电路的9块74HC164的输出端， ，R3为循环计数器， 2DJNZ_R0, Loopl，R0为循环计数器，M0V_DPH, #00H, M0V_DPL, #00H'初始化数据指针 DPTR，，分开为两个8位的X，y坐标指针， 步骤三、开始扫描检测被踩踏的区域1)通过单片机对行电极组中的第一根导线输出一个高电平，然后，逐根检测列电极组中导线的电平，其低、高电平分别以#00H，#01H表示且存储之M0V_@DPTR，#00H或MOVJg DPTR, #01H，其中，每检测完一根列电极组导线，y坐标指针就指向下一根列电极组导线 INC_DPL,如果检查完毕列电极组中的全部导线，即DPL = Number_C0L(列电极组中导线的数目)，把X，y坐标指针指向下一根行电极组导线INC_DPH，M0V_DPL, #00H ；2)通过单片机对行电极组中的下一根导线输出一个高电平，然后，逐根检测列电极组中导线的电平，其低、高电平分别以#00H，#01H表示且存储之，其中，每检测完一根列电极组导线，y坐标指针就指向下一根列电极组导线，如果检查完毕列电极组中的全部导线，即DPL = Number_COL，把x，y坐标指针指向下一根行电极组导线；3)判断行电极组中当前处于高电平的导线是否超出其最后一根(a)DPH < Number_ROff (行电极组中导线的数目)，不是最后一根，跳转到本步骤三之2) 继续进行扫描检测；(b)DPH= Number_ROff,已超出最后一根，执行下一步骤；步骤四、运用“数格子量面积的方法”，获得当前被踩踏区域的面积S ； 步骤五、如果S > Area，(Area为某个预定值)，就判断为受到人的脚的踩踏，并发出警报信号SETB_P3. 7，经过延时约十秒，再撤除该报警信号CLR_P3. 7 ； 步骤六、跳转到步骤一，开始新的一轮扫描检测工作。
7.根据权利要求1所述的防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法，其特征在于，所述测量面积以区分脚型程序之步骤四所述数格子量面积的方法包括下述步骤 步骤一、初始化 χ, y 坐标指针 DPTR :M0V_DPH, #00H, M0V_DPL, #00H ； 步骤二、从RAM取出并查看当前位置的数据M0V_A，iDPTR,(a)如果该数据不等于#01H，跳转本方法之步骤三；(b)如果它等于#01H，查看当前坐标位置的正下方(DPH—DPH+1，DPL)、左下角 (DPH — DPH+1，DPL — DPL-1)两处的数据是否同时等于#01H，是，则格子计数器1 加1 ；还要查看当前坐标位置的右邻(DPH，DPL — DPL+1)对应的数据是否等于#01H 是，跳转本方法之步骤三，否，进一步查看当前坐标位置的正下方(DPH —DPH+1，DPL)、右下角(DPH —DPH+1， DPL — DPL+1)两处的数据是否同时等于#01H，是，则格子计数器1 也加1 ；若当前坐标位置位于边上的第一行、第一列、最后一行或最后一列，则当前坐标位置的正下方、左下角、右邻与右下角在RAM中没有相应的数据，此时其坐标的特点是DPH < 0、DPL < O、DPH = Number_ROff或DPL = Number_COL,权当这些坐标点处的数据为#00H ；步骤三、X，y坐标指针DPTR指向当前坐标位置的下一个坐标点如果当前坐标点已经超出本行倒数第一列，即DPL = Number_COL时，下一个坐标点为(DPH — DPH+1,DPL — 0)，否则，下一个坐标点为(DPH，DPL — DPL+1)；步骤四、如果X，y坐标指针DPTR尚未超出倒数第一行，即DPH < Number_R0W，跳转本方法之步骤二，继续本次数格子量面积的工作；否，则计算被踩踏区域的面积S = Ι^5Χ&_Μ，其中，Ssquare为一个格子的面积，由行、列电极组内导线的间距决定，然后，清零格子计数，结束本次数格子量面积的工作。
全文摘要
防宠物踩踏式报警器及其测量面积以区分脚型的方法包括防宠物踩踏式报警器与测量面积以区分脚型的方法两部分；后者体现于测量面积以区分脚型程序，前者由一个长方形框架、电池组、单片机系统、串入并出电路、并入串进电路与音乐电路组成，其中，长方形框架的上部和底部分别设置有列、行电极组，其导线依序分别连接到并入串进电路的各个并行输入端与串入并出电路的各个并行输出端。按照行、列两电极组导线的排列建立二维坐标系，借助单片机扫描检测被踩踏的区域、数格子算面积、判断脚型并决定是否发出报警声，适用于防盗报警工作。
文档编号G01B7/32GK102339511SQ20101022850
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者张文娟, 曾艺 申请人:重庆工商大学