壓感式踏板及採集系統的製作方法
2023-05-27 21:33:46
壓感式踏板及採集系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於電子【技術領域】，特別涉及壓感式踏板，由18個壓力感應單元排成陣列結構，並固定在鋁合金板上,所述壓力感應單元，包括框體，所述框體包括應變板，所述應變板上表面設置受力柱、電阻應變片R1和電阻應變片R3，所述應變板下表面設置電阻應變片R2和電阻應變片R4；所述電阻應變片R1、R2、R3、R4為橋接結構,每兩個電阻應變片間引出1根導線，包含2根電源導線E+、E-以及2根電壓信號導線S+、S-；還涉及一種壓感式採集系統，包括依次連接的所述壓感式踏板、模擬開關選擇電路、放大電路以及單片機；本實用新型用於對景區景點的遊客進行信息採集，統計遊客數量，為景區資源調度做先期的數據採集。
【專利說明】壓感式踏板及採集系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電子【技術領域】，特別涉及一種壓感式踏板及採集系統。
【背景技術】
[0002]通常一個大型景區都會有很多景點供遊人參觀，在節假日期間會湧現大量遊客，有的景點可能在某個時刻會有很多遊客，而有的景點在此時可能遊客較少，會出現各景點遊客不均衡的狀態，如果處理不及時可能存在安全隱患，為景區帶來極差的影響。景區管理部門急需一種針對各個景點、整個景區以及遊覽線路的遊客統計裝置，以便於提前做好疏散遊客的準備。
[0003]現有統計人數的技術方法主要是進票量統計，壓敏踏板，被動紅外，主動紅外以及多種方式結合，他們對應的硬體基礎分別是IC卡或者門票，壓力傳感器，熱釋電紅外傳感器，紅外光電傳感器。針對景區的現實情況，現有的人數統計方法以及裝置都存在不同的缺陷。
[0004]例如進票量統計方式，一般在地鐵、公交系統中通常使用IC卡系統做人數統計，通過統計刷卡次數即可以得到人數信息。在景區系統中通常使用門票統計來得到遊客數量信息。景區遊客來自全國各地，不可能實現IC卡系統，景區內IC卡遺失率會比較高，導致IC卡系統成本增加。現在景區都實行門票制度，但門票通常都在景區大門進行檢查，而且遺失率較高，無法在各個景點以及遊覽線路處進行檢查。
[0005]例如壓敏踏板方式，目前的壓敏踏板技術主要應用於公交系統的乘客統計，其原理是在公交車門口布置多塊導電橡膠板，沒有人在上面時，橡膠電阻很高，近乎斷路，當有人踩上橡膠板時，電阻變為0，從而形成開關信息，可用於人數檢測。通過不同板信號變化順序可以知道乘客上下車狀態。這種方法結構簡單，成本較低。但並不適合景區特性，這種方法要求乘客順序上車，不能多人同時踩上踏板，而在景區通常是大量遊客同時經過某些地段，並且這種擁堵信息是景區最需要掌握的信息。除此之外，橡膠板破損率較高，使用壽命短。
[0006]例如被動紅外方式，熱釋電紅外傳感器可以將人體的熱量信息轉變為電信號。當人體接近傳感器時，人體輻射的紅外線會被傳感器接收並產生電信號，從而可以進行人數統計。由於熱釋電紅外傳感器敏感性較低，探測距離比較短，而景區關注一般較大通道的遊客情況，被動紅外式的方法存在很大的局限性。
[0007]例如主動紅外式，紅外光電傳感器可以將接收到的紅外光轉變為電信號。由於紅外光電傳感器對較弱的紅外光反應不靈敏，需要採用紅外光發射器，通過接收物體反射紅外光進行判斷。景區中氣候條件複雜，遊客特徵變化較多，如果有外部物體對紅外光進行遮擋幹擾，主動紅外式不能進行判斷，影響人數統計準確性。
【發明內容】
[0008]本實用新型針對景區的複雜特性，針對現有技術所存在的缺陷，提供一種壓感式踏板及採集系統，能夠同時對多目標進行辨識，具有較強的抗幹擾能力，以便對景區景點的遊客信息進行採集，統計遊客數量，為景區資源調度做先期的信息收集。
[0009]一種壓感式踏板，由18個壓力感應單元排成陣列結構，並固定在鋁合金板上，所述壓力感應單元，包括框體，所述框體包括應變板，所述應變板上表面設置有受力柱、電阻應變片Rl和電阻應變片R3 ;所述應變板下表面設置有電阻應變片R2和電阻應變片R4，;所述電阻應變片R1、R2、R3、R4為橋接結構，電阻應變片Rl與電阻應變片R2之間連接電源導線E+，電阻應變片R3與電阻應變片R4之間連接電源導線E-，電阻應變片Rl與電阻應變片R4之間輸出低電壓信號S-，電阻應變片R2與電阻應變片R3之間輸出高電壓信號S+。
[0010]一種壓感式採集系統，包括依次連接的所述壓感式踏板、模擬開關選擇電路、放大電路以及單片機。
[0011]本實用新型針對景區的複雜特性，提出壓感式踏板，由18個壓力感應單元排成陣列結構，並固定在鋁合金板上，所述壓力感應單元，包括框體，所述框體包括應變板和底板，所述應變板上表面設置有受力柱、電阻應變片Rl和電阻應變片R3、所述應變板下表面設置有電阻應變片R2和電阻應變片R4，所述底板13用於承載框體結構；所述電阻應變片Rl、R2、R3、R4為橋接結構，每兩個電阻應變片間引出I根導線，包含2根電源導線E+，E-以及2根電壓信號導線S+，S-;本壓感式踏板能夠對多目標進行同時採集，並且具有較強的抗幹擾能力。並進一步提出壓感式採集系統。以便對景區景點的遊客信息進行精確採集，統計遊客數量，為景區資源調度做先期的信息收集。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型壓感式踏板結構示意圖；
[0013]圖2為本實用新型壓感式踏板壓力感應單元結構示意圖；
[0014]圖3為本實用新型壓感式踏板壓力感應單元邏輯結構示意圖；
[0015]圖4為本實用新型壓感式米集系統結構不意圖；
[0016]圖5為本實用新型壓感式採集系統模擬開關選擇電路結構示意圖；
[0017]圖6為本實用新型壓感式米集系統放大電路結構不意圖；
[0018]圖7為本實用新型壓感式採集系統單片機結構示意圖；
[0019]圖8為本實用新型壓感式米集系統單片機晶振電路結構不意圖；
[0020]圖9為本實用新型壓感式採集系統另一實施例結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型用於遊客計數的壓力感應單元及壓感式採集系統做進一步詳細說明。
[0022]一種壓感式踏板，其結構如圖1所示，由18個壓力感應單元排成陣列結構，並固定在鋁合金板上。例如，壓力感應單元組成3X6的矩陣結構，可根據設置地點的場地形狀靈活設置其他矩陣結構。
[0023]所述壓力感應單元,如圖2所示,包括框體10,所述框體包括應變板11和底板13,所述應變板上表面設置有受力柱12、電阻應變片Rl和電阻應變片R3 ;所述應變板下表面設置有電阻應變片R2和電阻應變片R4，所述電阻應變片Rl和電阻應變片R3設置於一對角線上，所述電阻應變片R2和電阻應變片R4設置於另一對角線上，但電阻應變片R2和電阻應變片R4設置於應變板下表面，在表面看不到，但為便於理解結構關係，在圖1中用虛線表示。所述電阻應變片R1、R2、R3、R4為橋接結構，電阻應變片Rl與電阻應變片R2之間連接電源導線E+，電阻應變片R3與電阻應變片R4之間連接電源導線E-，電阻應變片Rl與電阻應變片R4之間輸出低電壓信號S-，電阻應變片R2與電阻應變片R3之間輸出高電壓信號S+。當中心的受力柱受到壓力後，應變板產生形變，兩個電阻應變片R1，R3會受到正應力發生形變，另外兩個電阻應變片R2，R4會受到負應力而發生形變，導致電阻應變片阻值改變，破壞電橋平衡，從而產生電壓差信號。壓力感應單元電路原理如圖3所示，沒有壓力時，4個電阻應變片阻值相等，兩端電壓信號S+和S-相等，電壓差為O，當有壓力存在時，兩個應變電阻的阻值發生變化，從而使得S+增大，S-減小，出現電壓差，該電壓差信號與壓力大小成線性關係，從而可將壓力信號轉變為電壓差信號。
[0024]所述電阻應變片R1、R2、R3、R4為橋接結構，即R1，R4串聯，R2，R3串聯，再將兩串聯結構並聯接到電源上，其中Rl和R3受正應力後阻值會增大，使得S-變小，S+變大；R2和R4受負應力後阻值減小,使得S-變小，S+變大。
[0025]優選地，電阻應變片阻值均為IkQ，根據該實驗獲知，當阻值為IkQ時功耗較小並能夠較準確地感知電壓變化。
[0026]優選地，所述壓力感應單元的四個面外邊沿均設置有半圓形圓孔14，所述半圓形圓孔14是為了將受力柱12上的壓力分散到電阻應變片方向，以便電阻應變片能夠更有效地感知壓力。
[0027]—種壓感式採集系統，系統結構如圖4所示，由所述壓感式踏板、模擬開關選擇電路、放大電路以及單片機構成，所述單片機連接到RS485總線。
[0028]壓感式踏板中的18個壓力感應單元將壓力信號轉變為電壓信號，由於採用差分形式進行信號傳輸，每一路壓力感應單兀產生一對電壓信號，即高電壓信號S+和低電壓信號S-, —個壓感式踏板會產生18對電壓信號，並對應的連接到模擬開關選擇電路的36個管腳。
[0029]優選地，模擬開關選擇電路的電路結構圖如圖5所示，包括4個4051晶片UAl —UA4和I個4052晶片UO0壓感式踏板產生的18對電壓信號包括18個高電壓信號S+以及18個低電壓信號S-，其中，18個高電壓信號S+中的前8個依次連接到UAl的管腳XO — X7，UAl通過控制管腳A、B、C控制輸出信號X2 ; 18個低電壓信號S-中的前8個依次連接到UA2的管腳XO - X7, UA2通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Y2 ；18個高電壓信號S+中的中間8個依次連接到UA3的管腳XO — X7，UA3通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Xl ; 18個低電壓信號S-中的中間8個依次連接到UA4的管腳XO - X7, UA4通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Yl ;輸出信號X1、X2分別連接到UO的管腳XO-Xl，信號Yl，Y2分別連接到UO的管腳YO-Yl ；18個高電壓信號S+中的後2個分別連接到UO的管腳X2 — X3，18個低電壓信號S-中的後2個分別連接到UO的管腳Y2 - Y3，UO通過控制管腳A、B控制輸出模擬開關選擇電路信號XIN和?Ν。
[0030]據此，通過模擬開關電路實現了從18個高電壓信號S+和18個低電壓信號S-中選擇一對信號輸出到XIN、YIN0通過控制4051的ABC管腳以及4052的AB管腳可以選擇性導通通道，保證每次只導通一對S+、S-信號。
[0031]信號經過模擬開關選擇電路後進入到放大電路，放大電路使用LM324四集成運算放大器，電路結構圖如圖6所示，模擬開關選擇電路信號ΧΙΝ，?Ν分別連接到LM324的10，12管腳，作為放大電路的輸入信號，經過運算放大器UlC和UlD進行100倍的一級信號放大，再通過運算放大器UlA進行2倍的二級信號放大，通過一個1.2V的直流偏置電壓VREF，使得到輸出信號Sout始終保持為正。R3阻值為IkQ，R4、45阻值為51kΩ，R6、R8阻值為1k Ω，R7、R9阻值為20kQ，XIN、YIN為差分輸入信號，VREF為1.2V偏置電壓，Sout為放大後的輸出信號，電路放大倍數為200倍。本實用新型的放大電路採用差分放大形式，具有較強的抗幹擾能力。
[0032]經過放大後信號連接到單片機的管腳ΡΙ00_11，即A/D轉換口，由單片機控制進行模數轉換，得到數位訊號，方便後期處理。所述單片機的結構圖如圖7所示，管腳XTALIN和XTAL0UT連接單片機晶振電路，晶振電路如圖8所示，YO為12MHz的晶體振蕩器，晶振電路用於產生12MHz的單片機外部時鐘信號；單片機的管腳DP3V3、DGND、AP3V3、AGND連接單片機電源電路；管腳RST連接復位電路；管腳P101_0、P101_1、P101_2分別連接模擬開關電路中4051晶片UAl和UA2的管腳A、B、C ;P100_3、P100_4、P100_5分別連接模擬開關電路中4051晶片UA3和UA4的管腳A、B、C，P103_1、P103_0分別連接模擬開關電路中4052晶片UO的管腳A、B ；P100_11連接差分放大信號Sout，管腳SWD1和SWCLK用於單片機程序燒寫；管腳P101_7、P101_6 (即TXD和RXD)輸出信號。所述晶振電路、電源電路、復位電路為本領域常用技術手段，不再詳述。
[0033]優選地，單片機的管腳P101_7、P101_6可用於連接到RS485總線。至此，踏板採集系統將18路電壓信號依次轉換為數位訊號。可以將多個踏板採集系統通過單片機的管腳P101_7、P101_6連接到RS485總線，從而構成超級壓感式採集系統，擁有更大的採集陣列，適應不同的採集需求。RS485總線連接簡單，通信可靠，速度較快，本實用新型最多可以掛載32個踏板採集系統，如圖9所示。
[0034]本實用新型單片機可採用為LPC1114，工作頻率48MHz，信號採樣頻率約為2kHz，每個壓力感應單元的採樣頻率約為10Hz。
[0035]本實用新型針對景區的複雜特性，提出壓感式踏板，由18個壓力感應單元排成陣列結構，通過在鋁合金板上鑽孔，粘貼應變片形成，具有多個壓力感應單元，能夠對多目標進行同時採集，並且具有較強的抗幹擾能力。並進一步提出壓感式採集系統，以便對景區景點的遊客信息進行精確採集，統計遊客數量，為景區資源調度做先期的信息收集。
[0036]以上實施例對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所舉實施方式或者實施例僅為本發明的優選實施方式而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內對本發明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種壓感式踏板，由18個壓力感應單元排成陣列結構，並固定在鋁合金板上，其特徵在於:所述壓力感應單元，包括框體，所述框體包括應變板，所述應變板上表面設置有受力柱、電阻應變片Rl和電阻應變片R3 ;所述應變板下表面設置有電阻應變片R2和電阻應變片R4，；所述電阻應變片R1、R2、R3、R4為橋接結構，電阻應變片Rl與電阻應變片R2之間連接電源導線E+，電阻應變片R3與電阻應變片R4之間連接電源導線E-，電阻應變片Rl與電阻應變片R4之間輸出低電壓信號S-，電阻應變片R2與電阻應變片R3之間輸出高電壓信號S+。
2.根據權利要求1所述壓感式踏板，其特徵在於:所述電阻應變片R1、R2、R3、R4阻值均為Ik Ω。
3.根據權利要求1所述壓感式踏板，其特徵在於:所述壓力感應單元的四個面外邊沿均設置有半圓形圓孔。
4.一種壓感式採集系統，其特徵在於:包括依次連接的權利要求1所述壓感式踏板、模擬開關選擇電路、放大電路以及單片機。
5.根據權利要求4所述壓感式採集系統，其特徵在於:所述模擬開關選擇電路包括4個4051晶片UAl - UA4和I個4052晶片UO ； 壓感式踏板產生的18個高電壓信號S+中的前8個依次連接到UAl的管腳XO - TI,UAl通過控制管腳A、B、C控制輸出信號X2 ;壓感式踏板產生的18個低電壓信號S-中的前8個依次連接到UA2的管腳XO - X7, UA2通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Y2 ；18個高電壓信號S+中的中間8個依次連接到UA3的管腳XO - X7，UA3通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Xl ；18個低電壓信號S-中的中間8個依次連接到UA4的管腳XO — X7, UA4通過控制管腳A、B、C控制輸出信號Yl ;輸出信號X1、X2分別連接到UO的管腳XO-Xl，信號Yl，Y2分別連接到UO的管腳Y0-Y1，18個高電壓信號S+中的後2個分別連接到UO的管腳X2 —X3，18個低電壓信號S-中的後2個分別連接到UO的管腳Y2 — Y3, UO通過控制管腳A、B控制輸出模擬開關選擇電路信號XIN和?Ν。
6.根據權利要求4所述壓感式採集系統，其特徵在於:所述單片機採用LPCl114，工作頻率48MHz，信號採樣頻率約為2kHz，每個壓力感應單元的採樣頻率100Hz。
7.根據權利要求4或6所述壓感式採集系統，其特徵在於:所述單片機的管腳P100_11連接放大電路輸出信號，單片機的管腳DP3V3、DGND, AP3V3、AGND連接單片機電源電路；管腳RST連接復位電路；管腳XTALIN、XTAL0UT連接晶振電路；管腳P1lJK P101_1、P101_2分別連接模擬開關電路中4051晶片UAl和UA2的管腳A、B、C ;P100_3、P100_4、P100_5分別連接模擬開關電路中4051晶片UA3和UA4的管腳A、B、C，P103_1、P103_0分別連接模擬開關電路中4052晶片UO的管腳A、B ;管腳P101_7、P101_6輸出信號。
8.根據權利要求7所述壓感式採集系統，其特徵在於:所述單片機的管腳P101_7、P101_6連接到RS485總線。
9.根據權利要求8所述壓感式採集系統，其特徵在於:最多32個踏板採集系統通過所述單片機的管腳P101_7、P101_6連接到RS485總線。
【文檔編號】G07C9/00GK204010091SQ201420453149
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】戈鵬, 楊旭, 李媛 申請人:成都眾聯基智科技有限公司