一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于多普勒雷達的低成本的自適應自動門系統(tǒng)，能自動匹配行人的速度，減少行人因等待門開啟而引起的時間浪費和不悅；可以避免靜止的目標誤開門的情況，如果有人在門口駐足后想進入，則可以通過在門的入口增加的手動開啟按鈕，將門開啟；增加了友好的人機交互系統(tǒng)，能方便用戶進行靈活設置；在執(zhí)行機構部分增加了電控自鎖機構，由超級用戶通過人機交互或者手動按鈕在系統(tǒng)執(zhí)行機構出現(xiàn)故障，門無法自動開啟的情況下，通過控制自鎖機構將門和執(zhí)行機構分離，在人力的作用下將門迅速打開；增加了防夾功能，提高出入行人的安全。
【專利說明】
一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)及其控制方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及自動控制技術領域，具體涉及一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著探測技術的發(fā)展和用戶需求的不斷提升，在一些商場和辦公大樓等公共場所，自動門系統(tǒng)得到了廣泛的應用，給人們的出行帶來很多便利。其采用的探測技術主要有紅外感應和微波雷達探測技術。采用紅外線感應技術的自動門，只要有物體進入感應區(qū)域，門就會自動打開并延長設定時間后關閉，智能性極低，尤其是靜態(tài)的目標也會觸發(fā)開門動作。而采用微波雷達探測技術的自動門系統(tǒng)，當有移動的目標接近探測區(qū)域時，門自動打開，比采用紅外探測技術的自動門有一定優(yōu)勢，可以避免禁止的目標誤觸發(fā)開門。
[0003]但是目前大部分自動門系統(tǒng)存在以下問題:缺乏靈活性，未考慮接近目標的速度而調整開門響應時間和開門速度，尤其與出入的行人的行徑速度不匹配，引起行人焦急等待或不滿;人機交互不夠完善，用戶不能靈活根據(jù)實際應用場景進行交互設置;當門自動開啟和關閉的執(zhí)行機構出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)無法通過電子裝置控制將門開啟，一旦有火災等災難發(fā)生，門不能立刻開啟，對生命財產構成極大的危險;大部分自動門系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)不能很好的集成，無法兼顧自動門系統(tǒng)靈活性和門禁系統(tǒng)的安全性。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是實現(xiàn)一種使用安全可靠、更加的人性化和運行合理的自適應自動門系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制單元，人機交互終端、多普勒雷達、執(zhí)行機構、電機編碼器、手動按鈕開關、視覺和聲覺報警裝置，所述多普勒雷達將動態(tài)目標信息輸送至控制單元，所述電機編碼器安裝在電機軸上將電機轉速信號輸送至控制單元，所述控制單元輸出開關門信息至控制自動門開啟和關閉的執(zhí)行機構，所述手動按鈕開關和人機交互終端輸出控制信號至控制單元，所述控制單元輸出報警信號至視覺和聲覺報警裝置。
[0006]所述執(zhí)行機構上設有自鎖機構，所述控制單元輸出鎖止和解鎖信號至自鎖機構。
[0007]所述執(zhí)行機構上設有門禁系統(tǒng)，所述門禁系統(tǒng)輸出信號至控制單元。
[0008]所述控制單元包括MCU最小系統(tǒng)、多普勒雷達中頻信號處理電路、電機編碼脈沖信號采集電路、按鈕開關輸入信號處理、執(zhí)行機構控制輸出信號、電磁鐵控制輸出信號、與交互終端進行通信的RS232通信接口、視覺和聲覺報警控制電路。
[0009]—種所述的多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法:
[0010]步驟1、系統(tǒng)啟動自檢，若系統(tǒng)自檢正常則執(zhí)行下一步，若系統(tǒng)自檢異常，則控制打開自鎖機構并報警；
[0011]步驟2、多普勒雷達檢測是否有移動目標接近，若無則循環(huán)檢測，若有則執(zhí)行下一步；
[0012]步驟3、判定當前工作狀態(tài)，若當前工作狀態(tài)為自由出入狀態(tài)則進入下一步；
[0013]步驟4、控制執(zhí)行機構開門；
[0014]步驟5、開門延遲是否結束；
[0015]步驟6、執(zhí)行機構關門；
[0016]步驟7、關門是否存在障礙，若有在返回步驟4;若無則關門結束返回步驟I。
[0017]所述步驟3中若當前工作狀態(tài)為限制出入狀態(tài)則進入步驟8;
[0018]步驟8、提示使用門禁系統(tǒng)；
[0019]步驟9、若門禁系統(tǒng)判定允許進入，則執(zhí)行步驟4。
[0020]當系統(tǒng)接收到手動按鈕開關的開門信號后，系統(tǒng)執(zhí)行步驟4。
[0021]所述步驟2中當檢測到有接近的運動目標進入報警區(qū)域并測得其速度后，系統(tǒng)根據(jù)接近目標的速度控制門開啟的速度，開門速度與接近目標的速度呈正比關系；
[0022]所述步驟2中當檢測到有運動目標遠離，而無運動目標靠近報警區(qū)域時，系統(tǒng)通過控制執(zhí)行機構將門自動關閉，系統(tǒng)根據(jù)遠離目標的速度控制門關閉的速度，關門速度與遠離目標的速度呈正比關系。
[0023]所述步驟7中系統(tǒng)通過電機編碼脈沖采集電路獲取電機轉速，間接得到門開啟的速度，當門遇到障礙物后，讀取的脈沖間隔時間將比門自動關閉的時間(T)要長，當t>2*T時，系統(tǒng)認為兩門之間有障礙物，系統(tǒng)執(zhí)行防夾算法，自動停止關門并將門重新打開，當門遇到障礙物的次數(shù)大于預設上限次數(shù)，則系統(tǒng)通過報警裝置進行報警，并保持門常開。
[0024]當門自動開啟和關閉的執(zhí)行機構出現(xiàn)故障無法將門自動開啟和關閉的情況下，用戶可選擇通過交互終端使用超級權限控制系統(tǒng)自鎖機構控制電路，控制電磁鐵吸合，將門和傳動機構分離。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0026]I)該系統(tǒng)采用多普勒毫米波雷達，能夠根據(jù)行人速度，調整門開啟的速度，增加行人體驗；
[0027]2)可以避免靜止的目標誤開門，如果有人在門口駐足后想進入，則可以通過手動開啟按鈕將門開啟；
[0028]3)系統(tǒng)可以通過交互界面對門關閉的延時時間以及門允許開啟的時間段進行設置，提高系統(tǒng)靈活性；
[0029]4)在執(zhí)行機構部分增加了電控自鎖機構，在系統(tǒng)執(zhí)行機構出現(xiàn)故障的情況下，無需通過機械拆除的辦法將門打開，而通過用戶超級權限，通過控制自鎖機構的電磁鐵，配合人手動將門打開；
[0030]5)系統(tǒng)增加了防夾功能；
[0031]6)系統(tǒng)檢測到門無法正常關閉的情況下，進行報警提醒。如長時間有障礙物阻擋，而沒有正確設置門關閉的延時時間，系統(tǒng)認為存在安全隱患，通過系統(tǒng)自帶的報警裝置進行報警提醒。
[0032]7)系統(tǒng)還可以通過與現(xiàn)有門禁系統(tǒng)集成，既達到了在允許自由進出的時間段內，合法出入人員正常出入的靈活性。同時也保證了公共場所在非正常營業(yè)時間段內的公共安全性。
【附圖說明】
[0033]下面對本發(fā)明說明書中每幅附圖表達的內容作簡要說明:
[0034]圖1為基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)框圖；
[0035]圖2為基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036]如圖1所示，基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，包括控制單元，人機交互終端、多普勒雷達、執(zhí)行機構、電機編碼器、自鎖機構、手動按鈕開關、門禁系統(tǒng)、視覺和聲覺報警駐g禁
目.寸ο
[0037]控制單元包括MCU最小系統(tǒng)、多普勒雷達中頻信號處理電路、電機編碼脈沖信號采集電路、按鈕開關輸入信號、執(zhí)行機構控制輸出信號、電磁鐵控制輸出信號、與交互終端進行通信的RS232通信接口、視覺和聲覺報警控制電路等。
[0038]人機交互終端與控制單元通過RS232通信接口 I進行通信實現(xiàn)與用戶交互。用戶可以通過交互終端對門開啟速度和關閉速度進行相對調節(jié)設置。用戶也可以通過交互終端設置門禁止自動開啟的時間段，配合辦公大樓、商業(yè)大樓的上下班時間，保證公共場所的安全。用戶還可以通過交互終端在特殊需求下設置需要延長自動門關閉的時間。
[0039]多普勒雷達用于對動態(tài)目標進行檢測，返回的雷達中頻信號通過控制單元的處理電路進行處理后通過模數(shù)轉換轉換為數(shù)字信號，提供給雷達算法，雷達算法對目標進行識別。
[0040]執(zhí)行機構用于控制自動門的開啟和關閉。
[0041]電機編碼器安裝在電機軸上用于檢測電機的轉速，間接計算門開啟和關閉的速度，判斷門是否遇到障礙。
[0042]自鎖機構通過自鎖機械結構和電磁鐵實現(xiàn)自鎖功能，控制單元通過控制電磁鐵實現(xiàn)對自鎖機構的控制。
[0043]手動按鈕開關用于在允許自由進出的時間段內將門手動開啟，控制單元的按鈕開關信號采集電路用于獲取按鈕觸發(fā)動作。
[0044]門禁系統(tǒng)通過與控制單元通過RS232通信接口2進行通信實現(xiàn)與自動門系統(tǒng)的集成。
[0045]視覺和聲覺報警裝置用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下進行報警提醒。由控制單元的控制電路進行控制。
[0046]系統(tǒng)工作時，通過多普勒雷達對門前一定區(qū)域范圍內接近的運動目標的速度和運行方向進行探測，當檢測到有接近的運動目標進入報警區(qū)域并測得其速度后，系統(tǒng)通過控制執(zhí)行機構將門自動開啟，同時根據(jù)接近目標的速度控制門開啟的速度。當檢測到有運動目標遠離，而無運動目標靠近報警區(qū)域時，系統(tǒng)通過控制執(zhí)行機構將門自動關閉，同時根據(jù)遠離目標的速度控制門關閉的速度，這樣的設置使得自動門更加人性化，也更加方便用戶使用。
[0047]系統(tǒng)可以通過手動按鈕和交互終端與用戶實時交互;通過超級用戶權限可以設置門延時關閉的時間；設置工作時間段和禁止出入的時間段。在執(zhí)行機構出現(xiàn)故障的情況下，用戶通過交互終端輸入超級權限口令，通過交互系統(tǒng)控制自鎖機構控制電路將自鎖機構電磁鐵吸合，將門和執(zhí)行機構之傳動機構分離，配合人力將門打開，縮短緊急情況下開門時間。
[0048]系統(tǒng)還可以通過擴展的RS232通信接口和軟件接口和門禁系統(tǒng)進行集成，使得在自動門禁止自動開啟的時間段內，合法人員可以通過門禁識別系統(tǒng)將門開啟，從而既提高系統(tǒng)使用的靈活性，又可以提高公共場所的安全性。針對極少數(shù)情況，當目標進入探測區(qū)域后駐足在門關閉之前未進入，則雷達無法再次探測到該禁止目標，如果此時該目標想再次進入，可以通過手動按鈕將門開啟，從而彌補了該系統(tǒng)所存在的不足。
[0049]如果移動的目標進入探測區(qū)域，如果處于門允許自動開啟的時間段，則門自動開啟。極少數(shù)情況下，如果目標在區(qū)域范圍內駐足，則雷達前端無法探測，此時如果該目標想進入，則可以通過手動按鈕將門開啟。
[0050]如圖2所示，基于上述多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法如下:
[0051]步驟1、系統(tǒng)上電后，進行系統(tǒng)初始化，并進行系統(tǒng)故障自檢，若系統(tǒng)自檢正常則執(zhí)行下一步，若系統(tǒng)自檢異常，則控制打開自鎖機構并報警；
[0052]步驟2、多普勒雷達檢測是否有移動目標接近，若無則循環(huán)檢測，若有則執(zhí)行下一步；
[0053]步驟3、判定當前工作狀態(tài)，若當前工作狀態(tài)為自由出入狀態(tài)則進入下一步；若當前工作狀態(tài)為限制出入狀態(tài)則進入步驟8;
[0054]步驟4、控制執(zhí)行機構開門；
[0055]步驟5、開門延遲是否結束；
[0056]步驟6、執(zhí)行機構關門；
[0057]步驟7、關門是否存在障礙，若有在返回步驟4;若無則關門結束返回步驟I。
[0058]步驟8、提示使用門禁系統(tǒng)；
[0059]步驟9、若門禁系統(tǒng)判定允許進入，則執(zhí)行步驟4。
[0060]系統(tǒng)正常工作時運行雷達信號濾波和處理、電機編碼脈沖信號處理、用戶交互信息處理等軟件模塊;軟件運行中可能隨時產生中斷，進入中斷服務程序。中斷服務程序中進行雷達信號的周期采集、交互終端信號收發(fā)、電機編碼信號采集、報警控制等中斷服務程序。系統(tǒng)采集多普勒毫米波雷達回波信號通過相位識別算法判斷運動目標與本車是相對靠近還是遠離，如果運動目標靠近門，則系統(tǒng)通過檢測接近目標的速度，設置門開啟的響應時間和速度并將門自動打開，如果運動目標遠離門，則系統(tǒng)通過檢測遠離目標的速度設置門關閉的響應時間和速度并將門自動關閉。
[0061 ]系統(tǒng)工作時，通過電機編碼脈沖采集電路獲取電機轉速，間接得到門開啟的速度，當門遇到障礙物后，讀取的脈沖間隔時間(t)將比門自動關閉的時間(T)要長，當t>2*T時，系統(tǒng)認為兩門之間有障礙物，系統(tǒng)執(zhí)行防夾算法，自動停止關門并將門重新打開，從而防止將進出的行人或者動物夾傷，同時保護門不被損壞。當門遇到障礙物的次數(shù)大于10次，則系統(tǒng)認為門無法正常關閉，存在安全隱患，通過報警裝置進行報警，提醒保安人員進行故障報修。
[0062]當門自動開啟和關閉的執(zhí)行機構出現(xiàn)故障無法將門自動開啟和關閉的情況下，用戶可以通過交互終端使用超級權限控制系統(tǒng)自鎖機構控制電路，控制電磁鐵吸合，將門和傳動機構分離，在人力的作用下將門開啟或者關閉，等待維修。
[0063]另外本系統(tǒng)還可以通過擴展的RS232通信接口2與門禁系統(tǒng)進行集成，當合法的出入人員通過門禁卡或者指紋將合法的身份信息輸入門禁系統(tǒng)，主控制器將控制執(zhí)行機構將門開啟。該擴展功能使得該自動門系統(tǒng)功能更加完善，用戶可以通過超級權限設置在門禁止自動開啟的時間段內，通過門禁卡或者指紋將門開啟，實現(xiàn)自適應自動門和門禁系統(tǒng)的兀大朱口 O
[0064]本發(fā)明一種基于多普勒雷達的低成本的自適應自動門系統(tǒng)，能自動匹配行人的速度，減少行人因等待門開啟而引起的時間浪費和不悅;可以避免靜止的目標誤開門的情況，如果有人在門口駐足后想進入，則可以通過在門的入口增加的手動開啟按鈕，將門開啟；增加了友好的人機交互系統(tǒng)，能方便用戶進行靈活設置;在執(zhí)行機構部分增加了電控自鎖機構，由超級用戶通過人機交互或者手動按鈕在系統(tǒng)執(zhí)行機構出現(xiàn)故障，門無法自動開啟的情況下，通過控制自鎖機構將門和執(zhí)行機構分離，在人力的作用下將門迅速打開;增加了防夾功能，提高出入行人的安全;另外通過本系統(tǒng)的RS232擴展通信接口和軟件接口可以很好的和門禁系統(tǒng)集成，既提高系統(tǒng)使用的靈活性，同時提高公共場所的安全性。
【主權項】
1.一種基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括控制單元，人機交互終端、多普勒雷達、執(zhí)行機構、電機編碼器、手動按鈕開關、視覺和聲覺報警裝置，所述多普勒雷達將動態(tài)目標信息輸送至控制單元，所述電機編碼器安裝在電機軸上將電機轉速信號輸送至控制單元，所述控制單元輸出開關門信息至控制自動門開啟和關閉的執(zhí)行機構，所述手動按鈕開關和人機交互終端輸出控制信號至控制單元，所述控制單元輸出報警信號至視覺和聲覺報警裝置。2.根據(jù)權利要求1所述的基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，其特征在于:所述執(zhí)行機構上設有自鎖機構，所述控制單元輸出鎖止和解鎖信號至自鎖機構。3.根據(jù)權利要求2所述的基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，其特征在于:所述執(zhí)行機構上設有門禁系統(tǒng)，所述門禁系統(tǒng)輸出信號至控制單元。4.根據(jù)權利要求3所述的基于多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)，其特征在于:所述控制單元包括M⑶最小系統(tǒng)、多普勒雷達中頻信號處理電路、電機編碼脈沖信號采集電路、按鈕開關輸入信號處理、執(zhí)行機構控制輸出信號、電磁鐵控制輸出信號、與交互終端進行通信的RS232通信接口、視覺和聲覺報警控制電路。5.—種基于權利要求1-4所述的多普勒雷達的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 步驟1、系統(tǒng)啟動自檢，若系統(tǒng)自檢正常則執(zhí)行下一步，若系統(tǒng)自檢異常，則控制打開自鎖機構并報警； 步驟2、多普勒雷達檢測是否有移動目標接近，若無則循環(huán)檢測，若有則執(zhí)行下一步； 步驟3、判定當前工作狀態(tài)，若當前工作狀態(tài)為自由出入狀態(tài)則進入下一步； 步驟4、控制執(zhí)行機構開門； 步驟5、開門延遲是否結束； 步驟6、執(zhí)彳丁機構關門； 步驟7、關門是否存在障礙，若有在返回步驟4;若無則關門結束返回步驟I。6.根據(jù)權利要求5所述的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述步驟3中若當前工作狀態(tài)為限制出入狀態(tài)則進入步驟8; 步驟8、提示使用門禁系統(tǒng)； 步驟9、若門禁系統(tǒng)判定允許進入，則執(zhí)行步驟4。7.根據(jù)權利要求5或6所述的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:當系統(tǒng)接收到手動按鈕開關的開門信號后，系統(tǒng)執(zhí)行步驟4。8.根據(jù)權利要求7所述的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述步驟2中當檢測到有接近的運動目標進入報警區(qū)域并測得其速度后，系統(tǒng)根據(jù)接近目標的速度控制門開啟的速度，開門速度與接近目標的速度呈正比關系； 所述步驟2中當檢測到有運動目標遠離，而無運動目標靠近報警區(qū)域時，系統(tǒng)通過控制執(zhí)行機構將門自動關閉，系統(tǒng)根據(jù)遠離目標的速度控制門關閉的速度，關門速度與遠離目標的速度呈正比關系。9.根據(jù)權利要求5所述的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述步驟7中系統(tǒng)通過電機編碼脈沖采集電路獲取電機轉速，間接得到門開啟的速度，當門遇到障礙物后，讀取的脈沖間隔時間將比門自動關閉的時間(T)要長，當t>2*T時，系統(tǒng)認為兩門之間有障礙物，系統(tǒng)執(zhí)行防夾算法，自動停止關門并將門重新打開，當門遇到障礙物的次數(shù)大于預設上限次數(shù)，則系統(tǒng)通過報警裝置進行報警，并保持門常開。10.根據(jù)權利要求5所述的自適應自動門系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:當門自動開啟和關閉的執(zhí)行機構出現(xiàn)故障無法將門自動開啟和關閉的情況下，用戶可選擇通過交互終端使用超級權限控制系統(tǒng)自鎖機構控制電路，控制電磁鐵吸合，將門和傳動機構分離。
【文檔編號】G07C9/00GK105869241SQ201610181754
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】劉貴如, 王陸林, 周鳴爭, 汪軍, 盧桂馥, 劉濤, 鄒姍
【申請人】安徽工程大學