專利名稱：運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的小車和升降晾衣架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，具體涉及ー種導(dǎo)盲避障的跟蹤系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的小車和升降晾衣架。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的盲人出行一般采用輔助工具拐杖，有些智能工具是導(dǎo)向犬和動(dòng)物犬。但是這些工具都有ー些弊端，比如，拐杖掉了，怎么辦？周圍有移動(dòng)的物體靠近，盲人都不能及時(shí)的做出反應(yīng)；還有導(dǎo)向犬只能導(dǎo)向，卻不能跟蹤盲人，盲人想轉(zhuǎn)彎，它卻直接向無障反向前進(jìn)；還有動(dòng)物犬，每天要給它們喂食，清洗，還要牽著，還有時(shí)候不按照盲人的意向行走。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服傳統(tǒng)輔助工具和ー些智能工具的缺陷，提供ー種既能導(dǎo)向又能跟S示的運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)追! 示系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括超聲波傳感器模塊、單片機(jī)處理模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)；超聲波傳感器模塊的輸出端與單片機(jī)處理模塊的輸入端相連；單片機(jī)處理模塊的輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與電機(jī)相連；電源模塊分別與單片機(jī)處理模塊和電機(jī)相連；超聲波傳感器模塊米集運(yùn)動(dòng)物體的信號(hào)，并傳送給單片機(jī)處理模塊；單片機(jī)處理模塊接收運(yùn)動(dòng)物體的信號(hào)后，確定運(yùn)動(dòng)物體的位置，輸出指令至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)帶動(dòng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)跟蹤運(yùn)動(dòng)物體。對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)在于超聲波傳感器模塊包括6個(gè)超聲波傳感器；6個(gè)超聲波傳感器以自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)為中心，分別向周圍6個(gè)不同的方位進(jìn)行超聲波發(fā)送和回波接收；超聲波的頻率為40kHz。單片機(jī)處理模塊接收運(yùn)動(dòng)物體的信號(hào)后，通過定位控制算法確定運(yùn)動(dòng)物體的位置。單片機(jī)處理模塊采用STC12C5410AD單片機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)有隔離電路。本實(shí)用新型還提供了一種小車，該小車上設(shè)有上述自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。小車上還設(shè)有攝像頭和無線通訊模塊；攝像頭的輸出端與無線通訊模塊相連。小車上還設(shè)有避障模塊；避障模塊為超聲波傳感器；避障模塊與單片機(jī)處理模塊相連。本實(shí)用新型還提供了ー種升降晾衣架，該升降晾衣架上設(shè)有上述自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降晾衣架運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)采用超聲波傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)物體識(shí)別，通過以一點(diǎn)為中心的多方位采集距離，距離數(shù)據(jù)通過單片機(jī)進(jìn)行精確的定位控制算法確定目標(biāo)的位置，然后控制跟蹤特定的目標(biāo)。本實(shí)用新型自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)速度和轉(zhuǎn)彎等各種目標(biāo)跟蹤功能，同時(shí)采用驅(qū)動(dòng)模塊能增加負(fù)載能力。將該系統(tǒng)裝于小車上，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，并可通過攝像頭用于偵察，探險(xiǎn)等工作，也可通過加載避障模塊對(duì)一定周圍環(huán)境障礙物體進(jìn)行規(guī)避；應(yīng)用于購物車上，不用顧客推拉，就能跟在實(shí)時(shí)顧客后面或前面，解放人們的雙手；應(yīng)用于升降式晾衣架上，只要人在衣架的正前方停留一段時(shí)間(0.5s以上)，智能衣架直接跟蹤到人面前，當(dāng)人離開后，智能衣架恢復(fù)到原來的位置。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有跟蹤和導(dǎo)向雙重功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

圖I為本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖I中超聲波傳感器模塊的識(shí)別方向；圖3為圖I中超聲波傳感器模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的識(shí)別原理示意圖；圖4為本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤邏輯圖；圖5為本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的程序框圖； 圖6為本實(shí)用新型小車用于跟蹤避障的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I-超聲波傳感器模塊，2-單片機(jī)處理模塊，3-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，4-電源模塊，5-電機(jī)，6-小車，7-避障模塊，8-運(yùn)動(dòng)物體，9-障礙物，a-超聲波傳感器的長(zhǎng)度，ο-自動(dòng)跟足示系統(tǒng)的點(diǎn)位中心。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖I，本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括超聲波傳感器模塊I、單片機(jī)處理模塊2、電源模塊4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3和電機(jī)5。超聲波傳感器模塊I米用6個(gè)ー收ー發(fā)頻率為40kHz的超生波傳感器，并且做成模塊化的、與單片機(jī)處理模塊2相兼容的、控制和測(cè)量于一體的超聲波模塊。只需要提供ー個(gè)短期的IOuS的脈沖觸發(fā)信號(hào)。該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)是一個(gè)脈沖的寬度成正比的距離對(duì)象，通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算到距離。結(jié)合圖2，總框表示系統(tǒng)的簡(jiǎn)略框圖，正六邊形的各邊代表超聲波傳感器的位置。該超聲波傳感器模塊I通過以一點(diǎn)為中心的多方位采集距離，將采集得到數(shù)據(jù)送給單片機(jī)處理模塊2。該超聲波傳感器模塊I可以提供2cnT450Cm的非接觸式距離探測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm,能夠探測(cè)以ο為中心半徑為3m的圓圈范圍。可設(shè)定運(yùn)動(dòng)物體的識(shí)別寬度彡Icm,運(yùn)動(dòng)速度為5cm — 10cm/s，跟蹤時(shí)運(yùn)動(dòng)物體的距離為aX I. 732+2mm。參見圖3、圖4和圖5，單片機(jī)處理模塊2采用5V的STC12C5410AD單片機(jī)，對(duì)超聲波傳感器模塊I將運(yùn)動(dòng)物體8的多方位(形成的6個(gè)通道)的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的距離，再利用精確的點(diǎn)位算法確定運(yùn)動(dòng)物體8的ニ維坐標(biāo)，并且實(shí)時(shí)測(cè)量來確定運(yùn)動(dòng)物體的行為方式。將確定的運(yùn)動(dòng)物體的ニ維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)物體跟蹤方式，將信號(hào)傳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3的控制腳。并且實(shí)時(shí)通過測(cè)量的數(shù)據(jù)來及時(shí)的更改小車的運(yùn)動(dòng)方式，使其該系統(tǒng)反應(yīng)靈敏。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3控制電機(jī)5帶動(dòng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)跟蹤運(yùn)動(dòng)物體8。電源模塊4采用5號(hào)電池組裝供電，避免電纜連接使其無法出行的情況，和避免3. 3V系統(tǒng)需要電源芯片減壓，減少成本和解決應(yīng)用領(lǐng)域的一些技術(shù)問題。采用5號(hào)電池組裝兩端輸出的電源模塊4，一端為9. 6V，一端為5. 8V，9. 6V為全部電池串聯(lián)起來的，5. 8V為部分電池串聯(lián)起來的，用5. 8V給單片機(jī)處理模塊2供電，9. 6V給電機(jī)5供電。[0020]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3的電路采用低壓大電流隔離驅(qū)動(dòng)，用小型繼電器來隔離，用三極管來做功放電路，采用ニ極管IN4148來保護(hù)電路。該驅(qū)動(dòng)模塊耐壓值大，可達(dá)40V(建議不要長(zhǎng)期使用)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流是一般市場(chǎng)上的驅(qū)動(dòng)模塊I. 5^2倍，驅(qū)動(dòng)(負(fù)重大)能力強(qiáng)，并且有隔離電路，使其與單片機(jī)的兼容性好。參見圖6，該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用于小車6吋，小車6后方設(shè)有避障模塊7，避障模塊7采用超聲波傳感器。設(shè)定對(duì)運(yùn)動(dòng)物體8保持一定的距離，通過單片機(jī)處理模塊2指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3，從而帶動(dòng)小車6對(duì)運(yùn)動(dòng)物體8 (人)進(jìn)行跟蹤導(dǎo)向，同時(shí)通過避障模塊7躲避障礙物9。本實(shí)用新型自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)還可以應(yīng)用于家具，如智能衣架，只要人移動(dòng)至衣架的正前方停留一段時(shí)間(O. 5s以上)，智能衣架直接跟蹤到人面前，當(dāng)人離開后，智能衣架恢復(fù)到原來的位置。可以做成智能升降晾衣架，當(dāng)人要到達(dá)陽臺(tái)晾衣服，晾衣架自動(dòng)減低，直到人離開后衣架自動(dòng)回到原點(diǎn)，取晾衣架上的衣服，操作一祥。不僅減去拿架桿向上舉費(fèi)カ動(dòng)作，還省去衣架費(fèi)用和防止衣服上的水順著架桿和人手弄濕衣服等麻煩。還可以應(yīng)用于商場(chǎng)智能購物車，不用顧客推拉，就能跟在實(shí)時(shí)顧客后面或前面，解放人們的雙手。
權(quán)利要求1.一種運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括超聲波傳感器模塊、單片機(jī)處理模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)；所述超聲波傳感器模塊的輸出端與單片機(jī)處理模塊的輸入端相連；所述單片機(jī)處理模塊的輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與所述電機(jī)相連；所述電源模塊分別與所述單片機(jī)處理模塊和電機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波傳感器模塊包括6個(gè)以自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)為中心，分別向周圍6個(gè)不同的方位進(jìn)行超聲波發(fā)送和回波接收的超聲波傳感器；所述超聲波的頻率為40kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)處理模塊采用STC12C5410AD單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)有隔尚電路。
5.一種設(shè)有權(quán)利要求I或2任一所述自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的小車，其特征在于所述自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)于小車上，并通過電機(jī)帶動(dòng)所述小車運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小車，其特征在于所述小車上設(shè)有攝像頭和無線通訊模塊；所述攝像頭的輸出端與所述無線通訊模塊相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小車，其特征在于所述小車上還設(shè)有避障模塊；所述避障模塊為超聲波傳感器；所述避障模塊與所述單片機(jī)處理模塊相連。
8.一種設(shè)有權(quán)利要求I或2所述的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的升降晾衣架，其特征在于所述自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)于升降晾衣架上，并通過所述電機(jī)帶動(dòng)所述升降晾衣架運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和設(shè)有該系統(tǒng)的小車和升降晾衣架。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括超聲波傳感器模塊、單片機(jī)處理模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)；超聲波傳感器模塊的輸出端與單片機(jī)處理模塊的輸入端相連；單片機(jī)處理模塊的輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與電機(jī)相連；電源模塊分別與單片機(jī)處理模塊和電機(jī)相連。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有跟蹤和導(dǎo)向雙重功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
文檔編號(hào)D06F57/00GK202615240SQ20122028640
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者蔡楷山, 張明品, 戴娟 申請(qǐng)人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院