一种闸门智能控制系统的制作方法

1.本发明涉及闸门控制技术领域，具体为一种闸门智能控制系统。


背景技术：

2.红外感应闸门起源于西方，商业应用最早在超市；国内80年代兴起，最早应用与地铁中。人行通道感应闸门是目前常见的且流行的通道产品，所有的通道门禁闸机中，摆闸以其通行速度快，通行人员多等优点，深受广大用户的青睐，其最核心的功能就是实现通道管理。
3.现有产品受成本和技术难度影响，仍存在以下缺陷：
4.1、人员较多时，由于闸门开关需要一定时间，容易引起拥堵；
5.2、需要提前知晓电机参数，无法做到即换即用；
6.3、闸机需要长时间闭合，减少了电机寿命；
7.4、普通闸机没有像工控机一样有显示屏，语音播报等功能配置。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种闸门智能控制系统，用于解决现有产品中容易引起人流拥堵，电机寿命短，无法提供显示屏等问题。
9.为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种闸门智能控制系统，包括供电模块、中央处理器模块、lora无线通信接口模块、红外感应接收模块、led显示模块、电机驱动模块、语音播报模块和灯光模块；
10.闸门电机的运行速度、开关门加速度、开门等待时间三个运行参数采用bp神经网络智能设定；闸门关门位置采用自适应定位策略。
11.进一步的，在本发明中，所述闸门电机的运行速度、开关门加速度、开门等待时间三个运行参数采用bp神经网络智能设定，其设定流程步骤如下：
12.步骤1：设定bp网络的结构为2-4-4-3结构，神经元的阈值函数采用反正切函数；2个输入神经元分别对应量化的人流量数据、特殊日数据；人流量数据取值范围为1-10的整数，代表人流量从小到大10个档次；特殊日数据取值范围为1-6的整数，分别代表工作日、非节假日周末、国庆、五一、春节、其他节假日；3个输出神经元分别代表电机的匀速运行速度、加减速速度、关门等待时间；
13.步骤2：根据不同的人流量、日期类型构造训练数据集；
14.步骤3：采用pso-als(自适应局部粒子群)算法与bp算法相结合，对步骤1设定的bp网络进行训练；
15.步骤4：将离线训练好的bp网络的数据(阈值和权重)下载到所述的中央处理器模块中；
16.步骤5：所述中央处理器模块在工作时根据当前的人流量情况和日期类型，采用训练好的bp网络参数计算输出匀速运行速度、加减速速度、开门等待时间。
17.步骤6：每隔10分钟重复运行步骤5。
18.进一步的，在本发明中，所述闸门关门位置自适应定位策略由以下步骤完成定位：
19.步骤1：电机驱动模块中的直流无刷电机上端装有限位装置，设备通电后，电机驱动模块会驱动直流无刷电机，电机带动闸门摆臂顺时针运动至电机限位装置处；中央控制模块通过电流检测确定是否运动到电机限位处，将此处记为0位置；
20.步骤2：到达电机限位处后中央控制模块驱动直流无刷电机，电机带动闸门摆臂逆时针运动至电机限位装置处，并且在此过程中记录直流无刷电机运动完整个行程所记录的有直流无刷电机自带的霍尔传感器输出的脉冲值个数，以此作为开关门一个完整行程值，并将此处记为1位置；
21.步骤3：以步骤2测得完整行程值的一半作为关门停止位置对应的行程值；从而完成关门位置的自适应设定。
22.进一步的，在本发明中，所述语音播放模块的播报内容、音量大小声音大小，音频的来源通过所述无线遥控器控制，音频来源可以选择从来自于外接usb移动硬盘或者下载固化到运行芯片中的内容；语音播报模块配置有下载的usb接口。
23.进一步的，在本发明中，所述中央控制模块控制器采用型号为gd32f303rct6单片机实现，红外感应信号接收模块与gd32f303rct6芯片引脚40连接，无线通信收发模块采用lora_sx1278芯片，信号与gd32f303rct6芯片引脚2连接，语音模块与gd32f303rct6芯片采用串口(引脚4、44)连接，显示屏模块与gd32f303rct6芯片引脚52、53、54、56、57、59连接。
24.有益效果，本技术的技术方案具备如下技术效果：
25.本发明提出的闸门智能控制系统，其中闸门电机的匀速运行速度、开关门加速度、关门等待时间三个运行参数，根据当前人流量及日期类型数据采用bp神经网络智能设定，克服了固定运行参数带来的效率低、用户体验差等问题；闸门关门位置采用自适应定位策略，克服更换电机需要输入电机参数、以及动作误差积累导致的关门状态摆臂不对齐等问题。本发明所设计的闸门控制系统具有智能化程度高、自适应能力强、用户体现好等优势。
26.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
27.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
28.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
29.图1为本发明总体结构示意图；
30.图2为bp神经网络结构图；
31.图3为关门位置自适应步骤；
32.图4为pso-als算法与bp算法结合流程图；
33.图5为电源模块原理图；
34.图6为电机驱动模块原理图；
35.图7为灯光模块和红外感应模块原理图；
36.图8为显示模块原理图；
37.图9为语音播报模块原理图；
38.图10为遥控模块原理图。
具体实施方式
39.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
40.本发明提供一种闸门智能控制系统，包含了供电模块图5、中央处理器模块、lora无线通信接口模块图10、红外感应接收模块图7、led显示模块图8、电机驱动模块图6、语音播报模块图9、和灯光模块图7；闸门电机的运行速度、开关门加速度、开门等待时间三个运行参数采用bp神经网络智能设定；闸门关门位置采用自适应定位策略。
41.闸门电机的匀速运行速度、开关门加速度、开门等待时间三个运行参数，根据当前人流量及日期类型数据采用bp神经网络智能设定，克服了固定运行参数带来的效率低、用户体验差等问题；闸门电机的运行速度、开关门加速度、关门等待时间三个运行参数采用bp神经网络智能设定。其设定流程步骤如下：
42.步骤1：设定bp网络的结构为2-4-4-3结构，神经元的阈值函数采用反正切函数；2个输入神经元分别对应量化的人流量数据、特殊日数据；人流量数据取值范围为1-10的整数，代表人流量从小到大10个档次；特殊日数据取值范围为1-6的整数，分别代表工作日、非节假日周末、国庆、五一、春节、其他节假日；3个输出神经元分别代表电机的匀速运行速度、加减速速度、开门等待时间。
43.步骤2：根据不同的人流量、日期类型构造训练数据集；
44.步骤3：采用pso-als(自适应局部粒子群)算法与bp算法相结合，对步骤1设定的bp网络进行训练，以克服常规bp训练算法易陷入局部最优问题，如图4；
45.步骤3.1：初始化bp神经网络结构，设定网络的输入层、输出层的神经元个数，设置网络参数，通过试算确定bp网络的结构为2-4-4-3结构，2个输入神经元分别对应量化的人流量数据、特殊日数据，3个输出神经元分别代表电机的匀速运行速度、加减速速度、开门等待时间；
46.步骤3.2：设置pso粒子群的最大迭代次数，在搜索空间上随机产生人流量、特殊日数据初始种群，初始化适应值最小粒的位置；判断是否满足als自适应局部搜索条件，如果满足，则以粒子当前位置为初始解，令局部搜索最优解为当前值生成多个领域解，选出所有解中的最好解，然后判断是否满足终止条件，如果不满足返回步骤3.2，如果满足则进行下一步；
47.步骤3.3初始化粒子群的规模、维度d以及每个粒子(人流量数据、特殊日数据)的
初始化速度、位置、种群规模一般为10-40间的数值，复杂问题大于100；初始速度、位置可随机赋值；d＝m n p q式中，m、n、p、q分别为输出层-隐含层连接权值个数、隐含层-输出层连接权值个数、隐含层阈值个数、输出层阈值个数；
48.步骤3.4：根据适应度函数计算每个粒子的适应度方差；
49.步骤3.5：更新每一个粒子的个体极值、全局极值，生成下一代粒子，惯性因子w设计为随迭代次数递减；
50.步骤3.6：检查粒子适应度方差和当前最大迭代次数，若误差大于系统设定值或迭代次数小于最大迭代次数，继续步骤3.3进行下一代粒子计算；否则退出迭代计算，将全局最优粒子位置映射为网络初始权值和阈值。
51.步骤4：将离线训练好的bp网络的数据(阈值和权重)下载到所述的中央处理器中；
52.步骤5：所述中央处理器在工作时根据当前的人流量情况和日期类型，采用训练好的bp网络参数计算输出匀速运行速度、加减速速度、开门等待时间。
53.步骤6：每隔10分钟重复运行步骤5.
54.闸门关门位置采用自适应定位策略，克服更换电机需要输入电机参数、以及动作误差积累导致的关门状态摆臂不对齐等问题。闸门关门位置自适应定位策略由以下步骤完成定位，如图3所示：
55.步骤3：电机驱动模块中的直流无刷电机上端装有限位装置，设备通电后，电机驱动模块会驱动直流无刷电机，电机带动闸门摆臂顺时针运动至电机限位装置处；中央控制模块通过电流检测确定是否运动到电机限位处，将此处记为0位置；
56.步骤3：到达电机限位处后中央控制模块驱动直流无刷电机，电机带动闸门摆臂逆时针运动至电机限位装置处，并且在此过程中记录直流无刷电机运动完整个行程所记录的有直流无刷电机自带的霍尔传感器输出的脉冲值个数，以此作为开关门一个完整行程值，并将此处记为1位置；
57.步骤3：以步骤2测得完整行程值的一半作为关门停止位置对应的行程值；从而完成关门位置的自适应设定。
58.无线通信模块采用lora通信技术，中央控制器上设有lora收发器，操作人员通过遥控器发送各种操作指令，中央控制器收到操作指令后返回一个特定指令给遥控器，遥控器收到返回的特定指令后指示等点亮。
59.如图9，语音播放模块采用wt2003hb语音芯片，与usb母口连接，与tpa3110da功放芯片相连，再与喇叭连接。所述语音播放模块的播报内容、音量大小声音大小，音频的来源通过所述无线遥控器控制，音频来源可以选择从来自于外接usb移动硬盘或者下载固化到运行芯片中的内容；语音播报模块配置有下载的usb接口。
60.显示模块，显示通行的人数，以及遥控器对应的功能和相关的数据，例如：
61.a-1:：调整闸门开门位置；
62.a-2：调整闸门关门位置；
63.a-3：调整闸门关机位置；
64.如图10，遥控信号接收模块根据外部遥控器发射信号，更改开关门速度，开门等待时间，语音播放的声音大小，摆闸的开门位置、关门位置、关机位置等，并且显示在显示屏模块上。
65.中央处理器模块控制器采用型号为gd32f303rct6单片机实现，红外感应信号接收模块与gd32f303rct6芯片引脚40连接，无线通信收发模块采用lora_sx1278芯片，信号与gd32f303rct6芯片引脚2连接，语音模块与gd32f303rct6芯片采用串口(引脚4、44)连接，显示模块与gd32f303rct6芯片引脚52、53、54、56、57、59连接。
66.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。