用于自动售卖机的避障系统技术方案

本实用新型专利技术属于超声波测距领域，具体涉及用于自动售卖机的避障系统，包括自动售卖机前壳传感器主控模块及底盘主控模块，自动售卖机前壳传感器主控模块设置有主控制器、激光雷达、超声波避障电路及碰撞传感器，超声波避障电路用于自动售卖机导航移动过程中检测障碍物，碰撞传感器用于检测自动售卖机意外发生碰撞时的撞击信号；底盘主控模块设置有底盘主控器、电源模块、驱动电机模块以及陀螺仪，能实现自动售卖机在售卖货物过程中的多方位检测及驱动避障，提高检测灵敏度和精确度；有效优化电路，充分提高效率，使得发射超声波的功率足够大，从而实现了更高的探测灵敏度；回波处理电路设计使得后续电路处理简单易行，响应速率有效提升。

Obstacle avoidance system for vending machine

【技术实现步骤摘要】
用于自动售卖机的避障系统
本技术属于超声波测距领域，具体涉及一种用于自动售卖机的避障系统。
技术介绍
随着传感器技术的发展，在测距传感器领域，比较常用的技术方案由如下三种，分别为：红外测距、激光测距和超声波测距。红外测距传感器具有低成本、电路结构简单的优势，但其探测距离较近、精度也较低；激光测距传感器是上述三种传感器中探测距离和精度最高的、但其使用成本过高；超声波测距传感器的效果介于红外和激光两种测距方案之间，其具有探测距离适中和较高的探测精度，且对环境的适应性较高，尤其对于透明物体(如玻璃等)能进行有效探测，而探测透明物体是光学传感器所不具备的，但远距离测量存在一定问题。因此，在移动设备长距离移动过程中，多种传感器设置在不同位置上、在各自优势领域内工作、互补匹配，以保证实现有效的避障检测。
技术实现思路
为克服以上现有技术的不足，本技术公开了一种用于自动售卖机的避障系统。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：提供一种用于自动售卖机的避障系统，包括自动售卖机前壳传感器主控模块及底盘主控模块，所述自动售卖机前壳传感器主控模块设置有主控制器、激光雷达、超声波避障电路及碰撞传感器，所述激光雷达用于为自动售卖机进行导航，所述超声波避障电路用于自动售卖机导航移动过程中检测障碍物以避障，所述碰撞传感器用于检测自动售卖机意外发生碰撞时的撞击信号；所述底盘主控模块设置有电源模块、驱动电机模块以及陀螺仪，所述电源模块用于给底盘主控模块进行供电，所述驱动电机模块用于控制自动售卖机执行相应的动作，所述陀螺仪用于测量自动售卖机的角度信息；所述前壳传感器主控模块与底片主控模块通过CAN总线进行通信；其中，所述前壳传感器模块检测到各传感器反馈的自动售卖机信号，通过CAN总线传输信息；接收所述反馈信息后，底盘主控模块通过陀螺仪实时反馈售卖机的角度信息控制驱动电机模块驱动电机，使得自动售卖机进行移动式避障。进一步的，所述超声波避障电路包括控制处理单元、串口电路、电源管理模块以及多通道超声波收发电路、CAN收发单元，其中所述控制处理单元分别连接有超声波收发电路、串口电路、电源管理模块以及CAN收发单元，所述电源管理模块用于超声波收发电路、CAN收发单元和控制处理单元的供电，所述控制处理单元用于与主控制器通信并控制各模块的运作控制。作为该系统的进一步改进，所述超声波收发电路由至少三个独立的超声波发射和接收电路组成，每个独立电路设置于系统的不同方位。专利技术人提出，由于大部分自主移动设备体积较大和超声波探头探测范围的限制，现有的超声波测距方案由于盲区较大，不能有效的检测进行多角度避障，而本技术采用6个均匀分布的独立探头实现对系统的前方、左侧及右侧三个方向的障碍物检测。进一步的，所述超声波收发电路中每个独立电路包括收发一体超声波探头、收发驱动电路及回波信号处理电路；其中，控制处理单元、收发驱动电路、收发一体超声波探头以及回波信号处理电路闭环连接。本技术相对于现有技术方案的优势在于超声波收发电路有效隔离驱动部分、回波信号处理电路部分和CAN收发器部分，使得各部分不会产生信号干扰，造成额外噪音；电路采用能量泄放电阻，用于释放超声波信号发射后线圈中的剩余能量，采用箝位二极管，使得回波信号的幅度限制在正负0.7V之间，以防止幅度过高对后续信号处理电路造成损坏；采用10:1隔离升压变压器，驱动信号经过变压器将右侧的驱动信号幅度增大到原来的10倍，从而有效增大超声波信号的发射强度；有效优化电路，充分提高效率，使得电路有效提高探测灵敏度和最小探测盲区。进一步的，所述收发驱动电路用于超声波信号发射和回波信号的接收，其中超声波发射具有设定幅度和频率的脉冲信号检测障碍物。专利技术人指出，由于脉冲个数与超声波发射时的能量大小成正比，脉冲个数越多，变压器线圈中所积蓄的能量越多，超声波在空气中传播的距离也更远，但会引起探头余振的时间增加，间接增大了超声波测距系统的探测盲区。根据实际应用场景控制发射脉冲个数，以此最大程度提高探测距离和减少探测盲区。作为一种更优选方案，回波信号处理电路包括初级放大电路、滤波电路、次级放大电路、检波整形电路和电平转换电路，其中，回波信号先经初级放大电路放大后由滤波电路进行滤波，其后再经次级放大电路进行二次放大，最后经检波整形电路得到方波信号，经过电平转换电路转换成开关信号。专利技术人指出，现有方案的回波处理电路采用先放大再滤波处理的方式，由此带来的问题是在放大回波信号的同时也放大了其他的噪声信号，从而加大了滤波处理电路的难度，使得后续电路更加复杂、响应速率降低。本申请方案的前级放大电路滤波电容将收发一体探头接收到的回波信号中的低频直流信号滤掉，使得前级放大电路仅对回波信号中的交流信号放大，后经无限增益多路反馈带通滤波器进行有效滤波；次级放大电路对滤波后的信号进行二次放大以满足后续处理的要求；经过两级处理后放大电路的总增益达到30dB；40kHz高频信号经过检波电路后形成圆滑的包络信号；由于包络信号不便于处理器处理，需要将检波后的包络信号进行整形；由于超声波探头接收到回波信号的强度受自身到障碍物间的距离和环境因素影响，使得经过处理整形后的信号幅度具有不确定性，为了便于处理器进行处理，需要进行检波整形后的信号幅度经过电平转换电路转换成幅度为3.3V的开关信号，经上述处理后，本系统所得到的信号有效反映检测距离，使得检测灵敏度有效提升。上述回波信号处理电路仅为本技术的超声波测距避障系统中的单个通道电路，整个系统由6个相同的通道组成，可完成对多个方向的同时探测。进一步的，所述CAN收发电路一端连接有控制处理单元，另一端连接有主控制器，用于实现控制处理单元和主控制器间的通信，主要是信息指令与数据的传输。为了提高超声波测距避障系统的通用性和利于后续系统的整合，该超声波测距避障系统采用CAN通信实现与其他系统单元的互联。由于CAN总线具有实时性好、传输距离远、便于节点扩充、抗干扰能力强、低成本的有点，超声波测距避障系统可以根据需要进行扩展和与其他系统进行整合，从而具备极高的通用性。本技术具有以下有益效果：能实现自动售卖机在售卖货物过程中的多方位检测及驱动避障，提高检测灵敏度和精确度；有效优化电路，充分提高效率，使得发射超声波的功率足够大，从而实现了比传统驱动方式更高的探测灵敏度；回波处理电路设计使得后续电路处理简单易行，响应速率有效提升；其余模块采用232串口和CAN通信以实现超声波通道数量的自由配置和与其他系统单元的互联，也可多个超声波测距避障系统互联，最多可实现多达110个独立系统单元的互联，从而可根据实际需要进行超声波系统的扩展和与其他系统的整合，具有极高的通用性和实用性。附图说明图1为本技术用于自动售卖机的避障系统框图；图2为本技术用于自动售卖机的避障系统超声波避障电路系统框图；图3为本技术用于自动售卖机的避障系统超声波避障电路示意图；图4为本技术用于自动售卖机的避障系统超声波避障电路回波处理电路结构框图；图5为本技术用于自动售卖机的避障系统超声波避障电路回波信号处理电路图。具体实施方式如图1所示，本技术提供一种用于自动售卖机的避障系统，包括自动售卖机前壳传感器主控模块及底盘主控模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于自动售卖机的避障系统，其特征在于，包括自动售卖机前壳传感器主控模块及底盘主控模块，所述自动售卖机前壳传感器主控模块设置有主控制器、激光雷达、超声波避障电路及碰撞传感器，所述激光雷达用于为自动售卖机进行导航，所述超声波避障电路用于自动售卖机导航移动过程中检测障碍物以避障，所述碰撞传感器用于检测自动售卖机意外发生碰撞时的撞击信号；所述底盘主控模块设置有底盘主控器、电源模块、驱动电机模块以及陀螺仪，所述电源模块用于给底盘主控模块进行供电，所述驱动电机模块用于控制自动售卖机执行相应的动作，所述陀螺仪用于测量自动售卖机的角度信息；所述前壳传感器主控模块与底片主控模块通过CAN总线进行通信；其中，所述前壳传感器模块检测到各传感器反馈的自动售卖机信号，通过CAN总线传输信息；接收所述反馈信息后，底盘主控模块通过陀螺仪实时反馈售卖机的角度信息控制驱动电机模块驱动电机，使得自动售卖机进行移动式避障。

【技术特征摘要】
1.用于自动售卖机的避障系统，其特征在于，包括自动售卖机前壳传感器主控模块及底盘主控模块，所述自动售卖机前壳传感器主控模块设置有主控制器、激光雷达、超声波避障电路及碰撞传感器，所述激光雷达用于为自动售卖机进行导航，所述超声波避障电路用于自动售卖机导航移动过程中检测障碍物以避障，所述碰撞传感器用于检测自动售卖机意外发生碰撞时的撞击信号；所述底盘主控模块设置有底盘主控器、电源模块、驱动电机模块以及陀螺仪，所述电源模块用于给底盘主控模块进行供电，所述驱动电机模块用于控制自动售卖机执行相应的动作，所述陀螺仪用于测量自动售卖机的角度信息；所述前壳传感器主控模块与底片主控模块通过CAN总线进行通信；其中，所述前壳传感器模块检测到各传感器反馈的自动售卖机信号，通过CAN总线传输信息；接收所述反馈信息后，底盘主控模块通过陀螺仪实时反馈售卖机的角度信息控制驱动电机模块驱动电机，使得自动售卖机进行移动式避障。2.如权利要求1所述的用于自动售卖机的避障系统，其特征在于，所述超声波避障电路包括控制处理单元、串口电路、电源管理模块以及多通道超声波收发电路、CAN收发单元，其中所述控制处理单元分别连接有超声波收发电路、串口电路、电源管理模块以及CAN收发单元，所述电源管理模块用于超声波收发电路、CAN收发单元和控...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄山，张尘，曾奇，李文，
申请(专利权)人：成都越凡创新科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51