智能超聲波門禁感應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種智能超聲波門禁感應(yīng)器，用于身份驗證及門禁管理，包含如下部分：超聲波探測模塊、MCU模塊、電源模塊、輸出模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以可對人體進行提前探測，變被動探測為主動探測，并能將探測結(jié)果及時反饋至其他系統(tǒng)，為其他系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)判斷、預(yù)執(zhí)行等提供了時間保障。如門禁語音導(dǎo)引、門禁指示燈導(dǎo)引等。成本低廉，性價比高，且可廣泛用于各類通道閘機。
【專利說明】智能超聲波門禁感應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及公共場所的身份驗證及門禁管理，特別涉及一種智能超聲波門禁感應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著越來越多的場、館、園區(qū)和建筑等使用通道閘機進行人員進出身份驗證及門禁管理，通道閘機中多使用紅外對射感應(yīng)器來實現(xiàn)對人體通行情況進行探測，從而實現(xiàn)防跟隨、通行計數(shù)等功能。特別是翼閘、擺閘應(yīng)用較廣泛，而三輥閘由于其自身機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計及限位開關(guān)的使用，使其不需要借助其他器件即可實現(xiàn)計數(shù)和防跟隨功能。
[0003]紅外對射感應(yīng)器由發(fā)送單元與接收單元構(gòu)成，通過接收單元是否接收到發(fā)射單元發(fā)出的紅外光來感應(yīng)物體的存在。若接收單元接收到紅外光，則表示物體未遮擋；若接收單元未能接收到紅外光，則表示物體正遮擋，從而觸發(fā)報警，表明有人通過。因此紅外感應(yīng)器的探測范圍僅為對射器之間的一條直線上，不能實現(xiàn)對人體的到來進行提前探測。
[0004]紅外對射感應(yīng)器在應(yīng)用過程中必須成對安裝，且安裝時需對感應(yīng)器的方向、高度進行精確的調(diào)節(jié)，安裝調(diào)試效率均無法保證，增加了人力成本。
[0005]紅外對射感應(yīng)器由于受其工作原理的制約，隨著使用時間的增長，光發(fā)射機器件及電路老化較快，工作的穩(wěn)定性和有效性會顯著下降。
[0006]在室外場地應(yīng)用時,紅外對射感應(yīng)器在陽光的直射或斜射下，因陽光中同時含有紅外光，會引起誤報，且誤報率較高。
[0007]因此，現(xiàn)有的通道閘機存在以下缺陷:不能對人體進行提前探測，必須待人體遮擋紅外光時才能探測，不能進行主動探測；成本高，性價比低；必須成對安裝，安裝調(diào)試麻煩，安裝調(diào)試工作效率低；室外場地應(yīng)用時，受太陽光直射或斜射時，容易出現(xiàn)誤報；探測范圍極其有限，屬于定向被動探測傳感器。
[0008]為了克服上述缺陷，有必要提出一種新的門禁感應(yīng)器，準(zhǔn)確、高效的實現(xiàn)對通過人體的探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有通道閘機的缺陷，提供一種智能超聲波門禁感應(yīng)器，用于身份驗證及門禁管理，其特征在于，包含如下部分:超聲波探測模塊、MCU模塊、電源模塊、輸出模塊；其中，超聲波探測模塊，用于根據(jù)MCU模塊的指令，進行實時探測，并在聲波發(fā)送和接收的時間點返送電平信號至MCU模塊;MCU模塊，用于根據(jù)返送電平信號計時確定聲波傳遞時間，MCU模塊根據(jù)聲波傳遞時間計算出被探測物體的距離并進行邏輯運算，MCU模塊運算完成后將控制信號送至輸出模塊，輸出模塊執(zhí)行相應(yīng)的指令，實現(xiàn)開閘或播放語音；電源模塊，由集成電源模塊、二極管(U2)、二極管(U3)構(gòu)成，U2的正極連接+12V電源，負極連接A3的一端口 ；U3的負極連接+12V電源，正極接地，同時連接A3的二端口，A3的三端口輸出電壓；輸出模塊由繼電器K5、電阻R19、電阻R20、三極管V5、發(fā)光二極管H5、二極管U4構(gòu)成。[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，超聲波探測單元由超聲波探測模塊(U8)、電阻(R7)、電阻(R8)構(gòu)成，其中R7、R8為限流保護電阻。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，MCU模塊可采用STC12C5A08S2型號的單片機實現(xiàn)，電容C2、電容C3、電容C5、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電容C7、電容C8、晶體振蕩器Gl為其外圍元件，其中C5、R24構(gòu)成阻容復(fù)位電路，R23、R25構(gòu)成電壓檢測復(fù)位電路，C7、C8、G1構(gòu)成晶振電路，為單片機提供時鐘信號。
[0012]本發(fā)明還提出了一種智能超聲波門禁感應(yīng)方法，用于身份驗證及門禁管理，其特征在于，包含如下步驟:第一步，MCU發(fā)出探測指令；第二步，傳感器發(fā)出聲波并返回電平信號；第三步，MCU計時開始，并等待；第四步，傳感器接收到聲波并返回電平信號；第五步，MCU計時完成,計算聲波傳遞時間t ;第六步，MCU計算被探測物體距離SI ;第七步，比較SI與觸發(fā)門限S2，當(dāng)SI ( S2時，輸出開關(guān)信號，當(dāng)S1>S2時，返回到第一步。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以可對人體進行提前探測，變被動探測為主動探測，并能將探測結(jié)果及時反饋至其他系統(tǒng)，為其他系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)判斷、預(yù)執(zhí)行等提供了時間保障。如門禁語音導(dǎo)引、門禁指示燈導(dǎo)引等。成本低廉，性價比高，且可廣泛用于各類通道閘機。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]結(jié)合隨后的附圖，從下面的詳細說明中可顯而易見的得出本發(fā)明的上述及其他目的、特征及優(yōu)點。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的紅外對射感應(yīng)器的示意圖。
[0015]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波感應(yīng)器的示意圖。
[0016]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的智能超聲波門禁感應(yīng)器的組成框圖。
[0017]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的智能超聲波門禁感應(yīng)器的工作流程圖。
[0018]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的智能超聲波門禁感應(yīng)器的電路原理圖。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明采用超聲波感應(yīng)器來識別人體的通過。參見附圖3，本發(fā)明的智能超聲波門禁感應(yīng)器包含如下組成模塊:超聲波探測模塊3-l、MCU3-2、電源模塊3-4、輸出模塊3_3。
[0022]超聲波探測模塊根據(jù)MCU指令，進行實時探測，并在聲波發(fā)送和接收的時間點返送電平信號至MCU，MCU根據(jù)返送電平信號計時確定聲波傳遞時間，MCU根據(jù)聲波傳遞時間計算出被探測物體的距離并進行邏輯運算。MCU運算完成后將控制信號送至輸出模塊，輸出模塊執(zhí)行相應(yīng)的指令，如開閘、語音等。
[0023]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的智能超聲波門禁感應(yīng)器的工作流程圖。所述智能超聲波門禁感應(yīng)的方法，用于身份驗證及門禁管理，包含如下步驟:第一步，MCU發(fā)出探測指令；第二步，傳感器發(fā)出聲波并返回電平信號；第三步，MCU計時開始，并等待；第四步，傳感器接收到聲波并返回電平信號；第五步，MCU計時完成，計算聲波傳遞時間t ;第六步，MCU計算被探測物體距離SI ;第七步，比較SI與觸發(fā)門限S2，當(dāng)SI < S2時，輸出開關(guān)信號，開關(guān)信號可以是觸發(fā)語音、控制開閘等，當(dāng)S1>S2時，返回到第一步。
[0024]參見附圖5，電源模塊由集成電源模塊A3、二極管U2、二極管U3構(gòu)成。U2的正極連接+12V電源，負極連接A3的一端口 ；U3的負極連接+12V電源，正極接地，同時連接A3的二端口，A3的三端口輸出電壓，電源模塊給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，其中二極管U3為防止正負反接。集成電源模塊A3可采用LM2596S實現(xiàn)。
[0025]MCU為單片機U12，可采用STC12C5A08S2型號的單片機實現(xiàn)。電容C2、電容C3、電容C5、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電容C7、電容C8、晶體振蕩器Gl為其外圍元件。其中C5、R24構(gòu)成阻容復(fù)位電路，R23、R25構(gòu)成電壓檢測復(fù)位電路，C7、C8、G1構(gòu)成晶振電路，為單片機提供時鐘信號。
[0026]Ul2的38腳通過電阻R4連接到U8的VCC腳，Ul2的42腳通過電阻R7連接到U8的TRIG腳，U12的8腳通過電阻R8連接到U8的ECHO腳。電容C2和C3的一端連接到A3的三端口，另一端連接到地。A3的三端口連接到U12的38腳。電阻R23的一端連接到A3的三端口，另一端連接到U12的29腳，電阻R25的一端連接到U12的29腳，另一端連接到地。C5的正極連接到+5V，另一端連接到U12的4腳，電阻R24的一端連接到U12的4腳，另一端接地。電容C7的一端連接到U12的14腳，另一端接地。電容C8的一端連接到U12的15腳，另一端接地。晶體振蕩器Gl連接在U12的14腳和15腳之間。
[0027]輸出模塊由繼電器K5、電阻R19、電阻R20、三極管V5、發(fā)光二極管H5、二極管U4構(gòu)成。電阻R19的一端連接到U12的32腳，另一端連接到發(fā)光二極管H5的正極，H5的負極接地。電阻R20的一端連接到U12的32腳，另一端連接到三極管V5的基極，V5的發(fā)射機接地，集電極連接二極管U4的正極，U4的負極連接到+5V。繼電器K5的一端連接三極管V5的集電極，二端連接+5V。
[0028]超聲波探測單元由超聲波探測模塊U8(型號可采用uslOO)、電阻R7、電阻R8構(gòu)成，R7、R8為限流保護電阻。
[0029]單片機U12通過42腳實時發(fā)送脈沖信號，使超聲波探測器U8進行探測距離，超聲波探測器發(fā)出聲波時并將高電平信號通過ECHO引腳傳送給單片機的8腳，單片機計時開始，直到超聲波探測器接收到聲波時并將低電平信號通傳送給單片機的8腳，單片機計時完成，運算得到聲波傳遞時間t，單片機根據(jù)時間t運算出探測物體距離，并與設(shè)定閥值進行比較，判斷有效后單片機U12通過32腳輸出高電平信號，點亮LED燈H5，并通過三極管V5驅(qū)動繼電器動作，輸出常開信號，從而為其他外圍設(shè)備提供開關(guān)信號。
[0030]參見圖1和圖2，分別為紅外對射感應(yīng)器與超聲波門禁感應(yīng)器在三輥閘應(yīng)用中的示例。
[0031]在紅外對射感應(yīng)器的實施例中，包括三輥閘1-1、三輥閘1-2、紅外發(fā)送器1-3、紅外接收器1-4。感應(yīng)原理為:當(dāng)發(fā)射的紅外光不能被接收器接收時觸發(fā)報警。感應(yīng)的距離為紅外發(fā)送器和紅外接收器之間的距離。
[0032]在超聲波門禁感應(yīng)器的實施例中，包括三輥閘2-1、三輥閘2-2和超聲波感應(yīng)器2-3。感應(yīng)原理為:超聲波感應(yīng)器2-3計算出物體的距離，通過控制權(quán)軟件設(shè)置觸發(fā)距離。感應(yīng)的范圍為超聲波垂直中線左右15度，距離15米內(nèi)可調(diào)。
[0033]當(dāng)人體進入感應(yīng)范圍內(nèi)，門禁感應(yīng)器可獲得人體距離，當(dāng)人體距離小于設(shè)定的觸發(fā)距離時，門禁感應(yīng)器輸出開關(guān)信號，根據(jù)實際需要，開關(guān)信號可觸發(fā)語音、拍照、LED燈指示以及三輥閘開閘。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、可對人體進行提前探測，變被動探測為主動探測，并能將探測結(jié)果及時反饋至其他系統(tǒng)，為其他系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)判斷、預(yù)執(zhí)行等提供了時間保障。如門禁語音導(dǎo)引、門禁指示燈導(dǎo)弓I等。
[0035]2、超聲波的收發(fā)、聲波傳遞時間計算、被測物體距離計算、閥值比較等均由單片機執(zhí)行，因此可根據(jù)現(xiàn)場情況的不同，修正相應(yīng)定量參數(shù)，從而達到適應(yīng)各種環(huán)境需求。如，改變觸發(fā)閥值S2，可調(diào)整感應(yīng)距離。
[0036]3、感應(yīng)范圍廣，扇形感應(yīng)范圍:直線距離2cm至4.5m，覆蓋夾角30度如附圖1所
/Jn ο
[0037]4、不受太陽光的影響，同時具備高靈敏度。
[0038]5、感應(yīng)器獨立安裝，調(diào)試簡便
6、成本低廉，性價比高。紅外對射感應(yīng)器成本約為超聲波感應(yīng)器的3倍。
[0039]7、可廣泛用于各類通道閘機。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，當(dāng)人體進入超聲波測量范圍內(nèi)，聲波傳遞時間t=0.01s, t為超聲波發(fā)送與接收的時間差，根據(jù)聲波在空氣中的傳輸速度ν (常溫下為340M/S，)，單片機程序設(shè)定觸發(fā)閥值S2=4M，由此可計算出人體距離超聲波探測器的距離Sl=v*t=340*0.01=3.4m, S1<S2,因此會觸發(fā)單片機輸出控制信號。
[0041]說明:聲波在空氣中的傳遞速度V會因溫度而發(fā)生改變，超聲波模塊自帶溫度測量功能可獲得現(xiàn)場溫度，可通過公式:v=331.5+0.607T，對聲波傳遞速度進行修正，溫度T為攝氏溫度。
[0042]因為發(fā)明專利的說明書要公開充分，因此，上述修訂的電路中的管腳關(guān)系還需要給出具體的明確的區(qū)分，并且在附圖中也要有標(biāo)示。
[0043]雖然已在具體實施方案中描述了本發(fā)明的實施方案及其各種功能組件，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以用硬件、軟件、固件、中間件或它們的組合來實現(xiàn)本發(fā)明的實施方案，并且本發(fā)明的實施方案可以用在多種系統(tǒng)、子系統(tǒng)、組件或其子組件中。本發(fā)明的每個實施例都可以與其它的實施例中的器件相互進行組合，而不是孤立的、單一的實施例，所有實施例之間都可以相互融合而形成新的實施例或者不同的解決方案。本發(fā)明雖然采用了不同的實施例來解決相應(yīng)的技術(shù)問題，但是，這些不同的實施例并不是孤立的用于解決單個的技術(shù)問題，可以將這些不同的實施例組合起來共同解決礦用裝置中需要克服的技術(shù)難題，可將不同實施例中的冷卻裝置和不同的中高壓變頻器相互組合，以獲得良好的冷卻性能，以便操作人員更好的完成礦井下的各項工作。
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。
[0045]此外，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可顯而易見的得出其他優(yōu)點和修改。因此，具有更廣方面的本發(fā)明并不局限于這里所示出的并且所描述的具體說明及示例性實施例。因此，在不脫離由隨后權(quán)利要求及其等價體所定義的一般發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可對其做出各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種智能超聲波門禁感應(yīng)器，用于身份驗證及門禁管理，其特征在于，包含如下部分: 超聲波探測模塊、MCU模塊、電源模塊、輸出模塊；其中， 超聲波探測模塊，用于根據(jù)MCU模塊的指令，進行實時探測，并在聲波發(fā)送和接收的時間點返送電平信號至MCU模塊； MCU模塊，用于根據(jù)返送電平信號計時確定聲波傳遞時間，MCU模塊根據(jù)聲波傳遞時間計算出被探測物體的距離并進行邏輯運算，MCU模塊運算完成后將控制信號送至輸出模塊，輸出模塊執(zhí)行相應(yīng)的指令，實現(xiàn)開閘或播放語音； 電源模塊，由集成電源模塊、二極管(U2)、二極管(U3)構(gòu)成，U2的正極連接+12V電源，負極連接A3的一端口 ；U3的負極連接+12V電源，正極接地，同時連接A3的二端口，A3的三端口輸出電壓； 輸出模塊由繼電器K5、電阻R19、電阻R20、三極管V5、發(fā)光二極管H5、二極管U4構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的智能超聲波門禁感應(yīng)器，其特征在于: 超聲波探測單元由超聲波探測模塊(U8)、電阻(R7 )、電阻(R8 )構(gòu)成，其中R7、R8為限流保護電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的智能超聲波門禁感應(yīng)器，其特征在于: MCU模塊可采用STC12C5A08S2型號的單片機實現(xiàn)，電容C2、電容C3、電容C5、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電容C7、電容C8、晶體振蕩器Gl為其外圍元件，其中C5、R24構(gòu)成阻容復(fù)位電路，R23、R25構(gòu)成電壓檢測復(fù)位電路，C7、C8、Gl構(gòu)成晶振電路，為單片機提供時鐘信號。
4.一種智能超聲波門禁感應(yīng)方法，用于身份驗證及門禁管理，其特征在于，包含如下步驟: 第一步，MCU發(fā)出探測指令； 第二步，傳感器發(fā)出聲波并返回電平信號； 第三步，MCU計時開始，并等待； 第四步，傳感器接收到聲波并返回電平信號； 第五步，MCU計時完成,計算聲波傳遞時間t ； 第六步，MCU計算被探測物體距離SI ； 第七步，比較SI與觸發(fā)門限S2，當(dāng)SI < S2時，輸出開關(guān)信號，當(dāng)S1>S2時，返回到第一止/J/ O
【文檔編號】G07C9/00GK103824367SQ201410080656
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】鄭小軍 申請人:重慶多創(chuàng)電子技術(shù)有限公司