一種用於模型的紅外線自動跟蹤裝置及方法
2023-05-17 18:39:41
專利名稱：：一種用於模型的紅外線自動跟蹤裝置及方法
技術領域：
：本發明涉及模型領域，尤其涉及一種在遙控才莫型中使用紅外線自動跟蹤的裝置及方法。
背景技術：
：現有紅外線技術在模型尤其是遙控模型(如紅外線遙控模型飛機、直升機、紅外線遙控車輛模型等)中主要以傳輸控制指令以及交互通訊運用為主。控制指令傳輸系統由紅外線遙控器和紅外線接收機及執行機構組成。紅外線遙控器由命令輸入、數據編碼、紅外線信號調製和發射組成。其中命令輸入由操縱杆或按鍵、傳感器或其他終端輸出等組成,完成4喿作者與紅外線遙控器人機接口；數據編碼是將輸入命令進行量化和處理，成為一系列數據模命令；紅外線信號調製由38千赫茲波形發生器和調製部分組成，調製器是將波形發生器輸出的38千赫信號與命令數據信號作與運算後輸出症會發射部分；發射部分將調製部分輸出的信號經紅外線發光二極體向空間發射出去。接收執行機構由紅外線信號接收解調，數據解碼和命令執行機構組成。其中紅外線信號接收解調由紅外線接收器)完成，它將接收到的紅外線信號》丈大和解調後輸出至數據解碼；數據解碼將輸入信號經對比和識別，還原出命令信號至命令執行機構完成相應的命令。現有紅外線控制指令傳輸系統在紅外線遙控飛才凡中主要完成前進、後退、左轉、右轉、橫移、油門等動作和交互通訊(如對打等)命令的傳輸。現有紅外線控制指令傳輸系統在紅外線遙控飛機與紅外線遙控飛機之間交互通訊完全靠操縱者完成跟蹤瞄準射擊等動作，即操縱者要操縱外線遙控飛機改變水平或俯仰方向與控制紅外線遙控飛機調整油門大小J吏^^莫型飛機對準攻擊目標後再發起攻擊；紅外線遙控模型飛^L與遙控;漠型之間交互通訊，紅外線遙控飛機操作同上。遙控模型操作需要操縱者操縱遙控器才喿縱杆完成遙控模型的前進、後退、左轉、右轉、模型武器系統左右轉動和高度角的升降以及攻擊等動作；其跟蹤目標是操作者根據紅外線遙控飛機在遙控才莫型不同高度和方位調整炮塔的左右轉動和升降使模型武器系統瞄準紅外線遙控飛機後攻擊，整個過程完全由操縱者操縱完成；且紅外線遙控飛機與遙控模型之間交互通訊需兩人操縱才能玩。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠在模型中實現紅外線自動跟蹤的裝置及方法，實現遙控模型的智能化和瞄準目標的精確性，增加利用模型遊戲的趣p未性。為此，本發明提供一種用於模型紅外線自動跟蹤裝置中的紅外線信號接收單元組合，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。進一步的，所述紅外線信號接收單元組合可以包括兩對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線才妄收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。本發明的又一目的是提供一種用於模型的自動紅外線跟蹤裝置，包括紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。進一步的，所述紅外線信號接收單元組合包4舌兩對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線4妾收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。其中，所述信號處理電路通過對紅外線方向4言號4矣收組合收到的信號的處理和判斷，輸出相應的控制信號，控制機械驅動結構動作，調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度，使對稱的兩對接收單元衝妻收信號強度相差最小。本發明的又一目的是提供一種配備紅外線跟蹤裝置的模型，包括紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號4妄收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。其中，所述紅外線信號接收單元組合包括兩對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線"t妄頭以一定角度安裝在紅外線4妄^:屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上；所述4言號處理電路通過對紅外線方向信號接收組合收到的信號的處理和判斷，輸出相應的控制信號，控制機械驅動結構動作，調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度，使對稱的兩對接收單元接收信號強度相差最小。進一步的，所述的模型為紅外線模型裝甲車。本發明另一目的是提供一種用於模型紅外線自動^^蹤的方法，應用在配備包括至少一對對稱布置的紅外線信號接收單元的紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構組成的紅外線自動跟蹤裝置的模型上，其特徵在於包括如下步驟a)紅外線接收單元組合中的每一個紅外線信號4妻收單元接收紅外線光源發出的信號；b)所述信號處理控制電路接收紅外線信號接收單元組合的每一個紅外線信號接收單元輸出的脈寬調製信號；c)所述信號處理控制電路對每一對信號接收單元的脈寬調製信號強度進行差值比較；d)判斷所述差值範圍是否在設定的允許誤差範圍內，若所述差值超出了允許的誤差範圍，才艮據差值產生一組脈寬調製信號4空制相應的機械驅動結構轉動；e)若所述差值沒有超出了允許的誤差範圍，則信號處理控制電路不做處理。其中，所述模型的自動紅外線跟蹤裝置中的外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線^接收屏蔽盒組成，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口；所述對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。由於本發明提供的紅外線信號接收單元組合中的紅外線接收單元採取特殊的結構，能夠使得紅外線接收單元根據與紅外光源的角度只接受一定範圍內的紅外線信號，對稱分布的紅外線接收單元接收的紅外線信號強弱具有一定的差異，而本發明提供的紅外線自動跟蹤裝置中的信號控制電路能根據紅外線接收單元組合發送的信號差值控制機械驅動機構的動作來消除這種差值，因此，應用本發明所提供的紅外線自動跟蹤的裝置和方法，能將以往必須通過人工遙控模型(模型車、才莫型裝甲車、模型坦克等)跟蹤目標的整個過程交由紅外線跟蹤部分自動完成，能自動搜索、跟蹤、鎖定和攻擊目標以及躲避目標攻擊等功能，實現了現有遙控模型的智能化和瞄準目標的4青確性，增加了利用模型遊戲的趣P未性。圖l是本發明紅外線跟蹤裝置中紅外線信號4矣收單元組合結構說明示意圖2是本發明紅外線跟蹤裝置中紅外線信號接收單元組合結構中的角度說明示意圖3是本發明一個具體實施例中紅外線跟蹤裝置的動作流程總體示意圖；圖4是本發明一個具體實施例中紅外線跟蹤裝置的詳細動作流程示意圖；圖5是本發明一個具體實施例中紅外線跟蹤裝置的應用說明示意圖；圖6是本發明一個具體實施例中紅外線跟蹤裝置的應用中信號接收單元局部放大說明示意具體實施例方式本發明所提供的應用在遙控模型種的自動紅外線跟蹤的裝置和方法的主要思路是，在需要具有跟蹤瞄準功能的遙控模型上安裝紅外線跟蹤裝置，通過紅外線跟蹤裝置自動調整與發出紅外線光源的遙控才莫型的角度實現對具有紅外線光源遙控模型的自動跟蹤。其中紅外線跟蹤裝置的基本結構是由紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構組合而成。紅外線多艮蹤裝置通過檢測周圍紅外線光源在紅外線方向信號接收組合不同紅外線接收單元之間形成的信號強度差別，經過控制電路處理，產生相應的控制信號控制機械驅動結構調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度而跟蹤紅外線光源。下面結合附圖進一步對本發明的具體實施方式進4亍詳細描述。圖l顯示了本發明一個具體實施例中的紅外線^L蹤裝置中紅外線信號接收單元組合的基本結構。圖l中(a)是紅外線信號接收單元組合的外觀，圖l中(b)、(c)分別是紅外線信號接收單元組合的局部剖視圖和內部結構圖，圖1中的(d)是紅外線接收單元組合內部結構的正視圖。參考圖l(b)，該紅外線接收單元組合包括紅外線接收單元組合下殼(l)、紅外線4妄收單元組合上殼(2)、透明窗(3)、PCB(PrintedCircuitBoard,印刷電路板)4反(4)、紅外線接收頭屏蔽盒(5)和紅外線接收頭(6)。該紅外線信號接收組合由4個對稱排列的紅外線接收單元組成，所述的紅外線信號接收單元由紅外線4矣頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收腔體組成，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線4妄收腔體中，紅外線接收腔體的結構是一側開口，腔體的另一面中央開有一長方形口。這樣的結構組合使得安裝在紅外線接收腔體中的紅外接收頭只能接收一定角度和方向的紅外線信號，能正常接收在側面開口方向和垂直於這個方向的紅外信號，而處在別的方向的紅外信號不能正常接收，因而該才妻收單元具有限定所接收紅外線方向的特性。圖2顯示了紅外線信號接收單元組合紅外線接收頭屏蔽盒位置的幾個關鍵角度，其中a為紅外線接收頭屏蔽盒安裝角度，且0°《a《45°;P為紅外線接收頭屏蔽盒寬度方向接收角度，且10°《P<30°;5為紅外線接收頭屏蔽盒長度方向接收角度，且65°<5<85°;y為紅外線接收頭屏蔽盒側面開口方向接收角度，且70°《y《90°。a、e、5、y在具體應用中可以根據實際情況進行設置，當a、P、5、y取一定值設置時，紅外線接收頭的紅外線入射角度範圍根據紅外線光源點與紅外線接收頭的高度角的變化而變化。表1示出了當"=17°、0=40°、y=110°時，紅外光源點與紅外線接收頭高度角和紅外線接收頭能接收到的入射角度範圍之間的對應關係。紅外線信號接收單元組合與信號處理電路、積4戒驅動結構組合共同構成紅外線跟蹤裝置，本實施例中的紅外線信號接收單元組合的四個紅外線接收單元以上下左右.四個方向排列。上下兩個接收單元《且成垂直方向的跟蹤面，上下兩個之間的夾角決定垂直跟蹤面的大小。在實施跟蹤時，紅外線跟蹤裝置的工作原理可以參考圖3，當兩個紅外線信號接收單元與紅外光源之間的角度相等時，接收信號強度幾乎相等，反之在兩個紅外線信號接收單元之間將形成信號強度差，經過信號處理產生垂直方向的輸出信號；左右兩個接收單元組成水平方向的^^宗面，左右兩個接收單元之間的夾角決定水平跟蹤面的大小。當兩個紅外線4言號4妄收單元與紅外光源之間的角度相等時，接收信號強度幾乎相等，反之在兩個紅外線信號接收單元之間將形成信號強度差，經過信號處理產生水平方向的4t出信號。信號處理電路通過對紅外線方向信號接收組合收到的水平方向和垂直方向信號的處理和判斷，輸出相應的控制信號，控制才幾械驅動結構，調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度，使紅外線方向4言號接收組合水平方向兩個接收單元接收信號強度相差最小和垂直方向兩個接收單元接收信號強度相差最、，從而達到紅外線跟蹤裝置達到自動跟蹤紅外線光源目的。tableseeoriginaldocumentpage11表1圖5進一步顯示了紅外線跟蹤裝置信號處理部分的工作原理，參考圖5，其處理過程如下紅外線信號接收#組合的每一個紅外線信號接收單元輸出的都是一串PWM(PulseWidthModulation,脈寬調製)信號，高<氐電平佔用的時間反映了接收信號的強弱，低電平佔空比越大，信號越強，《氐電平佔空比越小，信號越弱，沒信號時輸出全高電平。信號處理部分首先對1矣收到的四個紅外線信號接收單元發送的四組PWM信號的低電平時間同時進4亍積分，得到PWM上、PWM下、PWM左、PWM右四組信號強度值。然後將上下強度值比較，如果PWM上信號強度值比PWM下信號強度值大，超出了允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線跟蹤裝置上方，計算上下信號強度差^i，再乘以一個比例因子，產生一組PWM信號控制垂直方向的電機帶動-驅動結構驅動紅外線跟蹤裝置向上轉動，作向上跟蹤；如果PWM上信號強度值比PWM下信號強度值小，超出了允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線^艮蹤裝置下方，計算PWM上PWM下信號強度差值，再乘以一個比例因子，產生一組PWM信號控制垂直方向的電機帶動驅動結構驅動紅外線5艮蹤裝置向下4爭動作向上跟蹤；如果PWM上信號強度值與PWM下信號強度值的差值沒有超出允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線跟蹤裝置垂直方向位於中間位置。再將PWM左PWM右強度值比較，如果PWM左信號強度值比PWM右信號強度4直大，超出了允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線跟蹤裝置左方，計算PWM上PWM下信號強度差值，再乘以一個比例因子，產生一組PWM信號控制^K平方向的電機帶動驅動結構驅動紅外線跟蹤裝置向左方向轉動，作向左5艮^宗；如果PWM左信號強度值比PWM右信號強度值小，超出了允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線跟蹤裝置右方，計算PWM左PWM右信號強度差值，再乘以一個比例因子，產生一組PWM信號控制水平方向的電機帶動驅動結構驅動紅外線跟蹤裝置向右轉動作向右跟蹤；如果左信號強度值與右信號強度值的差值沒有超出允許的誤差範圍，說明紅外光源在紅外線跟蹤裝置水平方向位於中間位置。如果PWM左信號強度值與PWM右信號強度值的差值沒有超出允許的誤差範圍，PWM上信號強度值與PWM下信號強度值錄差值也沒有超出允許的誤差範圍，說明紅外光源位於紅外線跟蹤裝置中央，已跟蹤上，完成^艮蹤任務。圖5、圖6顯示了本發明的紅外線跟蹤裝置運用在紅外線模型裝曱車(4)上，用來自動跟蹤和攻擊正在發射紅外線的模型飛才幾的示意圖。參考圖5、圖6，其中紅外線模型飛機能通過自身配備的紅外光源(l)發出紅外線光；紅外線模型裝曱車上安裝紅外線跟蹤裝置，包括紅外線^婁收管(2)、負責高低角跟蹤之一的紅外線接受單元(31a)、負責高低角跟蹤之二的紅外線接受單元(31b)、負責方位角跟蹤之一的紅外線接受單元(32a)、負責方位角跟蹤之二的紅外線接受單元(32b)、模型武器系統(5)、高度角控制驅動機構(6)、方位角控制旋轉平臺(7)。在模型對打跟蹤過程中，紅外線模型飛機自身發出紅外線光，當紅外線模型飛機飛在模型裝曱車能接收到它發出的紅外光的範圍時，模型裝甲車將自動跟蹤飛機，並自動調整車上模型武器系統中的炮塔對準飛機，對準後開炮攻擊。雖然通過實施例描繪了本發明，但本領域普通4支術人員知道，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，就可使本發明有許多變形和變化，本發明的範圍由所附的權利要求來限定。權利要求1、一種用於模型紅外線自動跟蹤裝置中的紅外線信號接收單元組合，其特徵在於所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。2、如權利要求l所述的用於模型紅外線自動跟蹤裝置中的紅外線信號接收單元組合，其特徵在於所述紅外線信號接收單元組合包括兩對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。3、一種用於模型的自動紅外線跟蹤裝置，包括紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。4、如權利要求3所述的用於模型的自動紅外線跟蹤裝置，其特徵在於所述紅外線信號接收單元組合包括兩對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。5、如權利要求4所述的用於模型的自動紅外線跟蹤裝置，其特徵在於所述信號處理電路通過對紅外線方向信號接收組合收到的信號的處理和判斷，輸出相應的控制信號，控制機械驅動結構動作，調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度，使對稱的兩對接收單元接收信號強度相差最小。6、一種配備紅外線跟蹤裝置的模型，其特徵在於所述』々自動紅外線跟蹤裝置，包括紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成。7、如權利要求6所述的配備紅外線跟蹤裝置的模型，其特徵在於所述紅外頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口，所述兩對對稱分布的紅外線信號接收單元被放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線4妻收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上；所述信號處理電路通過對紅外線方向信號接收組合收到的信號的處理和判斷，輸出相應的控制信號，控制機械驅動結構動作，調整紅外線跟蹤裝置與紅外線光源之間的角度，使對稱的兩對接收單元接收信號強度相差最小。8、如權利要求7所述的配備紅外線跟蹤裝置的模型，其特徵在與所述的模型為紅外線模型裝甲車。9、一種用於模型紅外線自動跟蹤的方法，應用在配備包括至少一對對稱布置的紅外線信號接收單元的紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構組成的紅外線自動跟蹤裝置的才莫型上，其特徵在於包括如下步驟a)紅外線接收單元組合中的每一個紅外線信號接收單元接收紅外線光源發出的信號；b)所述信號處理控制電路接收紅外線信號接收單元組合的每一個紅外線信號接收單元輸出的脈寬調製信號；C)所迷信號處理控制電路對每一對信號接收單元的脈寬調製信號-強Jl—進行差值比較；d)判斷所述差值範圍是否在設定的允許誤差範圍內，若所述差值超出了允許的誤差範圍，根據差值產生一組脈寬調製信號控制相應的機械驅動結構轉動；e)若所述差值沒有超出了允許的誤差範圍，則信號處理控制電路不做處理。10、如權利要求9所述的一種用於模型紅外線自動跟蹤的方法，其特徵在於所述模型的自動紅外線跟蹤裝置中的外線信號4妄收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號"l姿收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成，所述紅外線接頭以一定角度安裝在紅外線接收屏蔽盒中，所述紅外線接收屏蔽盒的結構是一側開口，一側中央開有一長方形口；所述對稱分布的紅外線信號接收單元^^皮放置在具有紅外線接收單元組合下殼、紅外線接收單元組合上殼、透明窗、印刷電路板的載體上。全文摘要本發明公開了一種用於模型的紅外線自動跟蹤裝置及方法，紅外線自動跟蹤裝置包括紅外線信號接收單元組合、相應的信號處理控制電路和機械驅動結構，所述紅外線信號接收單元組合包括至少一對對稱分布的紅外線信號接收單元，所述紅外線信號接收單元由紅外線接頭和入射角度範圍受限制的紅外線接收屏蔽盒組成，應用本發明所提供的紅外線自動跟蹤的裝置和方法，能實現了現有遙控模型的智能化自動跟蹤和瞄準目標，增加了利用模型遊戲的趣味性。文檔編號G08C23/00GK101645199SQ20091016978公開日2010年2月10日申請日期2009年9月2日優先權日2009年9月2日發明者黃國川申請人:上海九鷹電子科技有限公司