一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統及其應用的製作方法
2023-07-18 03:19:16
一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統及其應用，包括熱釋電紅外傳感器、信號處理電路、電源電路、串行接口電路、單片機和超員監控器，本監控系統利用熱釋電紅外傳感器獲取人體經過時發出的紅外線，從垂直方向判別人員進出的方向並測算出人體發出紅外線佔用的空間寬度，該空間寬度值通過與單片機程序中預設的人體肩寬值進行比較，以此計算人員進出的數量，再通過超員監控器控制施工電梯的運停，進而實現控制施工電梯的安全運行。該監控系統檢測結果快速、準確且該系統結構簡單、安裝方便，適用性強。
【專利說明】一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統及其應用，屬於安全監測統計【技術領域】。
【背景技術】
[0002]為了統計或控制的需要，很多場合，如電梯、施工電梯(也叫施工升降機)、會場出入口、車站出入口、展覽大廳出入口等，要求統計人員進出的具體數量，其中，電梯和施工電梯出於安全的考慮需要限制乘員的數量。由於這些場合進出的「門」有一定的寬度但沒有設置閘口約束機構，人員同時邁過這道「門」的位置、數量和方向具有較大的隨意性，準確統計進、出這道「門」人員數量變得較為困難。
[0003]目前，在這些場合統計人員進出數量的監控系統主要是基於臉部或頭部特徵的視頻圖像識別技術，如:中國專利CN202414916U公開了一種施工升降機智能預警系統，其工作原理是:通過對攝像頭攝入移動物體的圖像與庫存特徵進行比對，若識別為有人進、出「門」時進行相應的計算統計。然而，由於頭部著裝的隨意性以及戴口罩、扭臉、低頭、多人並排進出等特種情況的出現，使得所謂的頭部或臉部實際圖像出現了較大程度的「畸變」，造成了這些場合視頻圖像識別率不高，且識別佔用時間較長，另外，實現設備複雜、成本較高。
[0004]熱釋電紅外傳感器價格低廉，對人體發出的紅外線特別敏感，因此有人利用熱釋電紅外傳感器在人員進出統計方面進行了相關研究，利用熱釋電紅外傳感器安裝在只允許每次一人通過的特殊場合，統計人員進出的數量。顯然，這些基於熱釋電紅外傳感器的檢測方法不能滿足多人同時進、出場合下人員統計的需要。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明提供一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統。
[0006]本發明還提供一種利用上述監控系統在施工電梯中檢測人員進出數量的方法。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，包括多個熱釋電紅外傳感器、信號處理電路、電源電路、串行接口電路、單片機和超員監控器，其中，所述單片機分別與電源電路、串行接口電路和信號處理電路相連，所述信號處理電路與熱釋電紅外傳感器相連，所述電源電路還分別與串行接口電路和熱釋電紅外傳感器相連，所述串行接口電路與超員監控器相連；所述熱釋電紅外傳感器以多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方；所述超員監控器包括依次相連的狀態識別模塊、輸出控制模塊和語音播報模塊。
[0009]根據本發明，優選的，所述熱釋電紅外傳感器設置為內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器或內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器，內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器以兩排多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方，內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器以單排多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方。[0010]進一步優選的，所述內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器的型號為LHi805TC，所述內含雙熱電兀件的熱釋電紅外傳感器的型號為FO632。
[0011]進一步優選的，所述內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器的兩個熱電元件分前、後方向設置在人員行進的路線上。
[0012]根據本發明，優選的，所述的每個熱釋電紅外傳感器外設置一限制套管。在每個熱釋電紅外傳感器外增設限制套管的目的在於，使熱釋電紅外傳感器攝取紅外線的區域相對集中，保證該熱釋電紅外傳感器從經過人體上攝取紅外線的區域限制在較小的範圍內，提高整個監控系統檢測人員經過數量的準確性。
[0013]根據本發明，優選的，所述信號處理電路包括彼此相連的信號濾波器、信號放大器和信號比較器。信號處理電路對含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器的輸出信號處理後輸出一路電平變化的信號，對含雙熱電兀件的熱釋電紅外傳感器的輸出信號處理後則輸出兩路電平變化的信號。
[0014]根據本發明，優選的，所述信號處理電路選用LP2902M晶片完成信號處理。
[0015]根據本發明，優選的，所述串行接口電路通過電平轉換晶片實現3.3V的TTL電平與RS232標準邏輯電平之間的轉換。
[0016]根據本發明，優選的，所述單片機為型號為STM32F105的單片機。
[0017]上述監控系統在施工電梯中檢測人員進出數量的方法，包括步驟如下，
[0018](I)電梯門開啟期間進行人員進、出檢測:當超員監控器中的狀態識別模塊檢測到電梯門開啟時，超員監控器通過串行接口電路向單片機發送人員進出檢測命令，單片機開始檢測信號處理電路輸出信號的變化，檢測人員進出的方向及數量；
[0019](2)辨別人員進出方向:當使用的是內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器時，單片機利用每列兩個對應攝取人體一定量紅外線的熱釋電紅外傳感器的信號處理電路輸出信號電平變化的先、後辨識人員進、出的方向；當使用的是內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器時，單片機利用每個攝取人體一定量紅外線的熱釋電紅外傳感器的信號處理電路輸出的兩路信號電平變化的先、後辨識人員進、出的方向；
[0020](3)確定人體發出紅外線空間的寬度值:每當有人員經過時，在單片機辨別出人員進或出方向的同時，能夠獲知有多少個相鄰熱釋電紅外傳感器先後攝取到人體經過時發出的紅外線，在已知相鄰熱釋電紅外傳感器間距的條件下，可以從垂直方向上測算出人體發出紅外線佔用的空間寬度值η;
[0021](4)計算進出人員數量:當有人員經過時，單片機測算出的人體紅外線空間寬度值η與單片機程序中預設的人體肩寬值N運算，即η/Ν，其結果以近似四捨五入方式計算同方向上人員通過的數量；例:當η/Ν值界於1.5?2.4範圍時，即認定為兩位人員並肩同行；當η/Ν值界於0.3?1.4範圍時，說明只有一位人員進出；
[0022](5)超員時禁止電梯運行:每當有人員進出時，單片機迅速檢測出人員進出方向和數量，並立即通過串行接口電路把檢測結果發送給超員監控器；將人員進入電梯時檢測到的人數記為X，人員走出電梯時檢測到的人數記為Y，而開門前電梯中已有人員數記為W,貝IJ電梯開門後電梯中總人數為K = W+X-Y，並隨人員的進出發生變化；每當有人員進出時超員監控器把當前電梯中人員數量K值與預設額定載客人數安全閾值M比較，若Κ>Μ則發生超員現象，超員監控器的輸出控制模塊切斷施工電梯運行控制迴路，禁止施工電梯運行，同時超員監控器的語音播報模塊發出禁運信息及超員報警信息，提示電梯減員，直到多餘人數走出電梯，滿足K ( M條件,才允許電梯運行。
[0023]本發明的有益效果在於:
[0024]1.本發明採用陣列式熱釋電紅外傳感器檢測人體經過時發出的紅外線，只要相鄰熱釋電紅外傳感器之間的間距適中，可以較小的成本實現人員進出數量的檢測，其檢測結果準確可靠，增加了施工電梯運行的安全性，減少了施工電梯事故的發生。
[0025]2.本監控系統不受外界環境的影響，同時對進出人員無特殊要求，能夠適應多人同時進出的複雜環境，其檢測結果快速、準確。
[0026]3.本監控系統設計巧妙、安裝方便、適用性強，能夠應用在對人員有特殊要求的多種場合，具備良好的使用效果等顯著特點，具有很好的市場前景和推廣應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明利用內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器實現紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統的連接關係示意圖。
[0028]圖2為內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器陣列與人員行進方向及通道三者之間關係不意圖。
[0029]圖3為內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器陣列的排列方式結構示意圖。
[0030]圖4為本發明利用內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器實現紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統的連接關係示意圖。
[0031]圖5為內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器陣列與人員行進方向及通道三者之間關係不意圖。
[0032]圖6為內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器陣列的排列方式結構示意圖。
[0033]圖7為本發明紅外線陣列檢測人員進出方向和數量部分工作過程流程圖。
[0034]圖8為本發明中超員監控器監控電梯運行部分工作過程流程圖。
[0035]其中:1為電源電路,2為串行接口電路,3為單片機,4為信號處理電路,5為熱釋電紅外傳感器，6為限制套管。
【具體實施方式】
[0036]下面通過實施例並結合附圖對本發明做進一步說明，但不限於此。
[0037]實施例1:
[0038]如圖1至圖3所示，一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，包括熱釋電紅外傳感器5、信號處理電路4、電源電路1、串行接口電路2、型號為STM32F105的單片機3和超員監控器，其中，單片機3分別與電源電路1、串行接口電路2和信號處理電路4相連，信號處理電路4與熱釋電紅外傳感器5相連，電源電路I還分別與串行接口電路2和熱釋電紅外傳感器5相連，串行接口電路2與超員監控器相連；根據門口的寬度，熱釋電紅外傳感器5選用12個內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器5，其型號為LHi805TC，每個熱釋電紅外傳感器5外設置有一限制套管6,12個熱釋電紅外傳感器5以兩排6列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方。
[0039]其中，信號處理電路4包括依次相連的信號濾波器、信號放大器和信號比較器。信號處理電路4對含單熱電兀件的熱釋電紅外傳感器5的輸出信號處理後輸出一路電平變化的信號，信號處理電路4選用LP2902M晶片完成信號處理。串行接口電路2通過電平轉換晶片實現3.3V的TTL電平與RS232標準邏輯電平之間的轉換。
[0040]實施例2:
[0041]如圖4至圖6所示，一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，連接關係如實施例I所述，其不同之處在於，根據門口的寬度，熱釋電紅外傳感器5選用5個內含雙熱電兀件的熱釋電紅外傳感器5,其型號為Η)632, 5個熱釋電紅外傳感器5以單排方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方，熱釋電紅外傳感器5內含的兩個熱電元件分前、後設置在在人員行進的路線上。信號處理電路4對內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器5的輸出信號處理後輸出兩路電平變化的信號。
[0042]實施例3:
[0043]利用紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統在施工電梯中檢測人員進出數量的方法，工作流程如圖7所示，包括如下步驟:
[0044](I)電梯門開啟期間進行人員進、出檢測:根據施工電梯進出門口 130cm的寬度，選用30個內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器5，其型號為TO632，30個熱釋電紅外傳感器5以單排方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方，熱釋電紅外傳感器5內含的兩個熱電元件分前、後設置在人員行進的路線上，相鄰熱釋電紅外傳感器5的間隔距離約為
4.5cm。所述串行接口電路2與超員監控器相連接，當超員監控器中的狀態識別模塊檢測到電梯門開啟時，超員監控器通過串行接口電路2向單片機3發送人員進出檢測命令，單片機3開始檢測信號處理電路4輸出信號的變化，檢測人員進出的方向及數量；
[0045](2)辨別人員進出方向:熱釋電紅外傳感器5攝取進出人員發出的紅外線後通過相連的信號處理電路4輸出兩路信號電平變化，單片機3利用每個攝取人體一定量紅外線的熱釋電紅外傳感器5的信號處理電路4輸出的兩路信號電平變化的先、後辨識人員進、出的方向；
[0046](3)確定人體發出紅外線空間寬度值:單片機3的處理程序根據信號處理電路4輸出信號電平的變化獲知攝取到人體經過時發出紅外線的相鄰熱釋電紅外傳感器5的個數，進而從垂直方向測算出發出紅外線佔用的空間寬度值:如某次電梯門開後的某個時間點，單片機3檢測到14個相鄰熱釋電紅外傳感器5攝取到人體進入時發出的紅外線，則人體發出紅外線佔用的空間寬度值約為63cm(即4.5cm xl4)；
[0047](4)計算進出人員數量:將步驟(3)中單片機3測算出人體經過時發出紅外線的空間寬度值63cm與單片機程序中預設的人體肩寬值50cm進行計算，即63/50 = 1.26，其結果取四捨五入方式處理，可認定為這個時間點一人進入電梯；
[0048](5)超員禁運控制:每當有人員進出時，單片機3快速檢測出人員進出的方向與數量，並立即通過通信接口電路2把檢測結果發送給超員監控器，超員監控器馬上計算當前時刻電梯中的總人數，即在電梯中原有人數的基礎上增加進入的人數或減去走出的人數，改變的總人數與預設額定載客人數安全閾值10進行比較，如果總人數超過預設額定載客人數安全閾值10，超員監控器中的輸出控制模塊切斷電梯運行控制電路，禁止電梯運行，且超員監控器中的語播報電路發出電梯超員語音提示，提示自動減員直到總人數滿足核定乘員人數要求才允許電梯運行。
【權利要求】
1.一種紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，包括多個熱釋電紅外傳感器、信號處理電路、電源電路、串行接口電路、單片機和超員監控器，其特徵在於，所述單片機分別與電源電路、串行接口電路和信號處理電路相連，所述信號處理電路與熱釋電紅外傳感器相連，所述電源電路還分別與串行接口電路和熱釋電紅外傳感器相連，所述串行接口電路與超員監控器相連；所述熱釋電紅外傳感器以多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方；所述超員監控器包括依次相連的狀態識別模塊、輸出控制模塊和語音播報模塊。
2.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述熱釋電紅外傳感器設置為內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器或內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器，內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器以兩排多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方，內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器以單排多列方式排列並橫向設置在人員經過的通道上方。
3.如權利要求2所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器的型號為LHi805TC，所述內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器的型號為TO632。
4.如權利要求2所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器的兩個熱電元件分前、後方向設置在人員行進的路線上。
5.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述的每個熱釋電紅外傳感器外設置一限制套管。
6.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述信號處理電路包括彼此相連的信號濾波器、信號放大器和信號比較器。
7.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述信號處理電路選用LP2902M晶片完成信號處理。
8.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述的串行接口電路通過電平轉換晶片實現3.3V的TTL電平與RS232標準邏輯電平之間的轉換。
9.如權利要求1所述的紅外線陣列檢測人員進出數量的監控系統，其特徵在於，所述單片機為型號為STM32F105的單片機。
10.一種利用權利要求1至9任一項所述的監控系統在施工電梯中檢測人員進出數量的方法，包括步驟如下， (1)電梯門開啟期間進行人員進、出檢測:當超員監控器中的狀態識別模塊檢測到電梯門開啟時，超員監控器通過串行接口電路向單片機發送人員進出檢測命令，單片機開始檢測信號處理電路輸出信號的變化，檢測人員進出的方向及數量； (2)辨別人員進出方向:當使用的是內含單熱電元件的熱釋電紅外傳感器時，單片機利用每列兩個對應攝取人體一定量紅外線的熱釋電紅外傳感器的信號處理電路輸出信號電平變化的先、後辨識人員進、出的方向；當使用的是內含雙熱電元件的熱釋電紅外傳感器時，單片機利用每個攝取人體一定量紅外線的熱釋電紅外傳感器的信號處理電路輸出的兩路信號電平變化的先、後辨識人員進、出的方向； (3)確定人體發出紅外 線空間的寬度值:每當有人員經過時，在單片機辨別出人員進或出方向的同時，能夠獲知有多少個相鄰熱釋電紅外傳感器先後攝取到人體經過時發出的紅外線，在已知相鄰熱釋電紅外傳感器間距的條件下，可以從垂直方向上測算出人體發出紅外線佔用的空間寬度值η ; (4)計算進出人員數量:當有人員經過時，單片機測算出的人體紅外線空間寬度值η與單片機程序中預設的人體肩寬值N運算，即η/Ν，其結果以近似四捨五入方式計算同方向上人員通過的數量； (5)超員時禁止電梯運行:每當有人員進出時，單片機迅速檢測出人員進出方向和數量，並立即通過串行接口電路把檢測結果發送給超員監控器；將人員進入電梯時檢測到的人數記為X，人員走出電梯時檢測到的人數記為Y，而開門前電梯中已有人員數記為W,則電梯開門後電梯中總人數為K = W+X-Y，並隨人員的進出發生變化；每當有人員進出時超員監控器把當前電梯中人員數量K值與預設額定載客人數安全閾值M比較，若Κ>Μ則發生超員現象，超員監控器的輸出控制模塊切斷施工電梯運行控制迴路，禁止施工電梯運行，同時超員監控器的語音播報模塊發出禁運信息及超員報警信息，提示電梯減員，直到多餘人數走出電梯，滿足K ( M條件,才允許電梯運行。
【文檔編號】G07C9/00GK103942869SQ201410196171
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】霍孟友, 邱朋 申請人:山東大學