[发明专利]红外及超声波结合检测安全区域的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于安全区域检测控制的系统，尤其是一种利用超声传感技术、红外 传感技术，结合计算机软件和单片机编程控制的安全区域检测系统。

背景技术

目前，在智能化自动控制机车、机器人、工业自动化生产线、运动设备或人体的安全 区域检测系统中所应用的障碍物探测技术主要有三种，红外光型、激光型和超声波型。红 外光型检测技术，由于其检测设定尺度为大概值，因此不能精确定位和实现分级控制，同 时受环境光照度强弱的影响，不同吸光率反射物体的反映距离检测误差很大，在200％以 上，因而不适应于在检测条件动态变化和测定要求较高的情况中使用。激光型检测技术， 检测精度高，抗干扰性强，可方便地采用编程方式实现不同形态的区域设定或自学习式区 域设定，但其检测面仅为1cm左右垂直厚度的薄片状扇形面，对该扇形面以外的相邻上下 区域内的障碍物则不可检测，导致在检测距离范围内对扫描垂直方向以外可能出现的障碍 物检测不到，不能起到全面保护的效果。超声波型检测技术由于其传感器发射是机械振动 波，故不可跃变，而且存在近距横向次波的衍射干扰，因此现有超声波技术产品采用了近 距中断处理方式，因而导致存在至少大于30cm的近距检测中断盲区；另外，超声波技术 还存在横向相邻物体间的回波衍射干扰、控制输出的响应迟滞、对快速横向切入障碍不能 有效响应、不具备其测控距离根据需要任意选调设定功能和编程化及分级输出控制的系统 配置整合功能，并且超声传感器与超声控制主机间的传输线长度限制等诸多不足之处。

发明内容

本发明所要解决的就是利用上述三种现有技术的障碍物探测系统存在的不足，提供一 种红外传感和超声波传感技术结合，梯度分级采集识别信号以探测障碍物，设定安全区域 的控制系统。

本发明的红外及超声波结合检测安全区域的控制系统，由PC微机、主控制器和传感 器构成，PC微机设定及反馈主控制器参数，主控制器与传感器相连接，根据传感器的检测 数值由主控制器运算后发出指令，其特征在于传感器的控制电路包括：

一个超声波发射功率放大电路，源于系统主控制器编码发射脉冲；

一个超声波梯度分级采集电路，将接收检测到的超声源信号提供给系统主控制器的 数据传输通路；

一个前置放大及A/D转化电路，将梯度分级采集的超声波非规则模拟源信号转变为可 数字化处理的数字信号；

一个跟随式分级采集电路，跟随主控制器的发射调制设定，保持已设定的分级检测距 离实现超声波信号的采集，超声波采集信号跟随超声波脉冲发射完毕始计时分段拾取采 集；

一个红外调制发射电路，持续向前方障碍物发射红外光；

一个红外接收解调电路，采集检测前方障碍物反射的红外光；

一个红外/超声波检测评判电路，对所接收的外光波信号的有效性进行检测评判后对超 声波信号的与门输出通路形成控制；

以及一个放大整形输出电路，将检测信号输出至主控制器。

所述超声波梯度分级采集电路采用红外专用前置运放集成CX20106电路将采集的非 规则超声模拟源信号解调为数字信号。

所述的主控制器输出控制采用单列运算、总线式汇集优先分级识别的超声波测距检 测，由四片单片机AT89C2051各自独立单列检测运算，以串行通讯方式汇集于主控CPU 单片机AT89S8253进行信号优先级识别评判、传感器编号及检测距离数值显示与外联PC 微机件的通讯总线控制。

本发明的系统，传感器结合了红外技术和超声波技术，主控制器为多级测距分级设定 数值的对应输出控制，可根据需要实现对设备的控制。实现了超声测距无近距离盲区及距 传感器直线距离在0.5米内对大于1cm²微小障碍物的有效检测，测距传感器与系统主控制 器间的远距离连传应用，其传输线长可大于20m。

A/D数码式信号采集解调判别技术使系统主控CPU能根据整形后的矩形波数位或脉 宽信号进行是否有效的运算判断，有效降低了误码信号及两同用设备间的信号互扰。

梯度分级信号采集识别技术保障了对远距离障碍物有效检测的前置高增益信号放大 效应，但又有效解决了由于前置高增益放大效应而存在的近距离干扰衍波的误信号触发及 相关连接介质带入的高频度干扰引起的误触发现象，实现了超声传感检测无盲区并在高增 益灵敏度条件下有效降低误信号触发。