專利名稱：用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，該裝置向外發(fā)出超聲波，再通過回收其反射信號并解調(diào)成人能分辨的聲波，通過雙耳聆聽和大腦成像，實現(xiàn)以聽覺部分代替視覺的功能。
背景技術(shù)：
立體聲(stereo)是聲音通過對人的雙耳在腦部產(chǎn)生聲像，以確定某個聲源的發(fā)聲位置，因為人的左右耳有間隔，且有方向性，同一聲音對兩耳產(chǎn)生不同的聲壓能夠讓人感覺到聲音源更靠近哪邊；又因為聲音在常溫的空氣中傳播速度為一定值(約330米/秒)，傳播不同距離需要的時間長短會不同，這樣，對左右耳就有先后、強度和時間差的多重作用，從而在大腦的協(xié)調(diào)下產(chǎn)生聲像。當我們在欣賞一個大型樂隊的演出時，就是閉著雙眼聆聽，也能確定某個樂器發(fā)聲的方位和距離，即使一般聽力的人都可以輕易做到。
人類利用波的反射確定方位，已有比較成熟的技術(shù)和產(chǎn)品1.雷達，它是通過計算高頻電磁波從發(fā)出到被反射回來的時間來確定與目標間的距離；2.聲納，通常用于水下探測，也是通過超聲波的來回時間來計算距離；3.倒車雷達，通過檢測超聲波的收發(fā)延時的長短來反映車與障礙物之間的距離。
它們的共同點都是使用高于聲頻的波，這樣不至于對環(huán)境帶來明顯的影響；而對所得到的回收信號的處理，通常經(jīng)過圖形或具體數(shù)值來表示，即它的結(jié)果依然是以視覺方式實現(xiàn)或簡單的報警；顯然這些判斷物距的方式對于盲人沒有什么實用意義。
到目前為止，世界上已有類似用超聲波回聲原理為視障人士提供輔助定位的裝置。
中國發(fā)明專利85100707揭示了一種“精確測定最近障礙距離的超聲導(dǎo)盲眼鏡”，作為一種超聲導(dǎo)盲眼鏡，采用了帶時間門的脈沖聲納原理和重復(fù)頻率及填充頻率隨障礙物距離而變化的雙參數(shù)變頻的監(jiān)聽方法，由于只監(jiān)聽有效范圍內(nèi)最近的障礙物回波，它所提供的信息比較單一。
1993年中國實用新型專利92215536.4揭示了一種“集成電路超聲導(dǎo)盲眼鏡”，將上述的發(fā)明做成一片專用的集成電路，其基本原理與之相同，也依然是用一個耳朵來聆聽。
也有以日常語言作為提示信息的裝置。例如，有一種以超聲波回聲原理來測距的電子拐杖，盲人手持它指向某個方向就可以直接聽到它的語音提示，提醒在某個距離有障礙。
這些方式比較簡潔，但存在很大的局限性，通過這些裝置把現(xiàn)實豐富的環(huán)境簡化成一個單聲或語音，它們所提供的聲音是有限的，當然它們所能給人的信息也是有限的，一樣的聲音和一句話只能表達一個明確的意思，并不因為也不會基于使用是否熟練而發(fā)生任何變化。
2001年中國實用新型專利01255716.1“盲人用超聲波回聲導(dǎo)航器”揭示了一種利用超聲波回聲實現(xiàn)盲人導(dǎo)航的裝置，原理就是利用超聲波轉(zhuǎn)化為雙耳音頻，其結(jié)構(gòu)是在一副盲人眼鏡上固定了超聲波發(fā)射和接收傳感器，而信號處理部分是經(jīng)由連線接到一個專用的小盒，超聲波發(fā)射脈寬和重復(fù)周期可以分別調(diào)整，以適應(yīng)不同的距離。該專利引入了通過聽覺在大腦成像的概念，也形成了技術(shù)雛形，但存在著體積大、功耗高、傳感器不易固定、音高音量不可調(diào)等不易推廣實用的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本實用新型在實用新型專利01255716.1“盲人用超聲波回聲導(dǎo)航器”的基礎(chǔ)上，進一步對實用性、便利性進行了改進，并實現(xiàn)了集成化和低功耗，進一步完善了設(shè)計結(jié)構(gòu)。本實用新型所具有的不同之處在于全部電路及傳感器被設(shè)計成一體化，便于附加在普通的鏡架或帽檐上；音高和音量分別可調(diào)，以適合不同的電池和聆聽習(xí)慣。通過這套能產(chǎn)生超聲波信號、接收超聲波回聲和將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的電路以及一個超聲波發(fā)射探頭、兩個超聲波接收探頭及一對耳機，能夠完成把路況和障礙物信息轉(zhuǎn)化成雙音頻的功能。由于本裝置通過左右兩路音頻表現(xiàn)了整個超聲波覆蓋區(qū)的全部信息，因此隨著使用熟練程度的提高，將會有更多的細節(jié)能被使用者分辨出來。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，該裝置佩戴在使用者頭部，包括一個超聲波發(fā)射傳感器及兩個超聲波接收傳感器，能產(chǎn)生超聲波信號、接收超聲波回聲和將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的控制電路及一對耳機，其中所述控制電路與所述超聲波發(fā)射傳感器及所述兩個超聲波接收傳感器是一體集成的，并且與所述的一對耳機連接，所述控制電路中包括分別與所述兩個超聲波接收傳感器連接的兩個放大器、分別與所述兩個放大器連接的兩個調(diào)制器、以及分別與所述兩個調(diào)制器連接的兩個低通放大器；所述超聲波接收傳感器接收由所述超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出的超聲波信號，分別通過所述兩個放大器放大，再分別進入所述兩個調(diào)制器由調(diào)制信號進行同步調(diào)制，然后分別進入所述兩個低通放大器進行選通放大，最后分別進入所述一對耳機轉(zhuǎn)化為聲音信號。
根據(jù)上述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其中，還包括用于選擇適當差頻的音高調(diào)整器和用于調(diào)整聲音強弱的音量調(diào)整器，所述音高調(diào)整器連接在所述超聲波發(fā)射傳感器與所述調(diào)制器接收所述調(diào)制信號的端口之間，所述音量調(diào)整器連接在所述兩個低通放大器之間。
根據(jù)上述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其中，所述超聲波發(fā)射傳感器位于所述電子裝置的中央。
根據(jù)上述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其中，所述兩個超聲波接收傳感器左右對稱分布，且開距與使用者的雙耳距離相當。
本實用新型的裝置能夠提供一個超聲波波束，它能跟著使用者的頭部移動，波束的長度能自動伸縮，并能管轄某個錐形的區(qū)域，任何出現(xiàn)在該錐形區(qū)域的物體都將被檢測到，并通過聲音告訴我們。由于該裝置的電路和器件都被集成安裝在同一塊電路板上，使超聲波發(fā)射傳感器與超聲波接收傳感器的相對位置得以固定，因而裝置的安裝調(diào)試與佩戴使用將更容易；一體化電路板中設(shè)置的音高調(diào)整器，讓使用者能夠自行選擇自己認為最適應(yīng)的音頻頻率；其中設(shè)置的音量調(diào)整器，方便使用者在寧靜或嘈雜的環(huán)境中選擇適當?shù)囊袅俊Ｒ虼?，本實用新型的裝置能夠達到以下幾方面的功效1、分辨作用范圍內(nèi)不同的物體；2、不會給周邊帶來附加的噪聲；3、作用范圍是可以人為選擇的；
4、使用者不會感覺很累；5、最終給出音頻信號，只需要用雙耳聆聽；6、通過使用，逐漸提高分辨能力。
本實用新型的原理與蝙蝠的回聲定位原理相似，因此本實用新型的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置也被稱為“實用蝙蝠耳”。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的原理圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，是一種便于佩戴的“蝙蝠耳眼鏡”，即本實用新型的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置。圖1示出了本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2示出了本實用新型的原理圖。該裝置佩戴在使用者頭部，包括一個超聲波發(fā)射傳感器1及兩個超聲波接收傳感器2和3，能產(chǎn)生超聲波信號、接收超聲波回聲和將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的控制電路4及一對耳機5和6，其中控制電路4與超聲波發(fā)射傳感器1及兩個超聲波接收傳感器2和3是一體集成的。鏡架中間的鼻托上方是超聲波脈沖發(fā)射傳感器1；鏡架兩側(cè)的前面是左右兩個超聲波接收傳感器2和3；固定在鏡架前方或兩側(cè)的是控制電路4；兩個耳機5、6分別位于左右兩側(cè)。超聲波發(fā)射傳感器1在使用時處于使用者頭部的中央。兩個超聲波接收傳感器2和3對稱分布，且開距與使用者的雙耳距離相當。
控制電路4中包括兩個放大器A和B，兩個調(diào)制器C和D，以及兩個低通放大器E和F。由超聲波接收傳感器2和3接收的超聲波信號分別通過兩個放大器A和B放大，再分別進入兩個調(diào)制器C和D，由調(diào)制信號同步調(diào)制，然后分別進入兩個低通放大器E和F，最后分別進入一對耳機5和6轉(zhuǎn)化為聲音信號。
此外，該裝置還包括用于選擇適當差頻的音高調(diào)整器7和用于調(diào)整聲音強弱的音量調(diào)整器8，音高調(diào)整器7連接在超聲波發(fā)射傳感器1與調(diào)制器C和D接收所述調(diào)制信號的端口之間，音量調(diào)整器8連接在兩個低通放大器E和F之間。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的控制電路4通過發(fā)射傳感器1向外發(fā)出連續(xù)的超聲波脈沖，通過接收傳感器2和3回收反射信號，在經(jīng)放大器A和B放大后，送到調(diào)制器C和D進行調(diào)制，兩個調(diào)制器C和D的另一端被一個調(diào)制信號同步調(diào)制，它們的輸出端分別被接到低通放大器E和F，該調(diào)制信號的頻率是以超聲脈沖發(fā)出，并呈周期性變化。當接收傳感器接收到較近的反射信號，則延時較短；接收到較遠的反射信號，則延時較長。當接收端的左右聲有先后時，最后反映到耳機里的除了聲音的前后和強弱，還將引起頻率的差異。音高調(diào)整器7連接在發(fā)射傳感器1與調(diào)制器C和D接收調(diào)制信號的端口之間，用于選擇適當?shù)牟铑l；而音量調(diào)整器8連接在低通放大器E和F之間，用于調(diào)整聲音的強弱。當面臨多個反射體時，左右信號接收端將變得復(fù)雜，但這些復(fù)雜的信號都能通過兩個聲道幅度、相位和頻率的變化體現(xiàn)出來。
一個自動循環(huán)的超聲波脈沖發(fā)射傳感器1，在發(fā)出的超聲波遇到障礙而反射時，從發(fā)射開始至收到反射信號的時間差與距離成正比。把這個時間差轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的音頻信號，即在設(shè)定有效的范圍內(nèi)，各個距離都有與之相對應(yīng)的頻率。左右兩個接收傳感器2和3，與超聲波脈沖發(fā)射傳感器1同步協(xié)調(diào)工作，所對應(yīng)的左右兩路聲頻信號有助于確定障礙物的左右位置。把所接收的超聲波反射信號包含的幅值、時間差轉(zhuǎn)換為人耳容易分辨的音量和頻率的連續(xù)模擬量，通過聽覺神經(jīng)傳至大腦，由大腦通過分析形成聽覺視像。測試表明，一般人都具有這種潛能，通過不斷的學(xué)習(xí)，這種能力還會逐漸提高。
本實用新型的裝置能夠提供一個超聲波波束，它能跟著使用者的頭部移動，波束的長度能自動伸縮，并能管轄某個錐形的區(qū)域，任何出現(xiàn)在該錐形區(qū)域的物體都將被檢測到，并通過聲音告訴我們。該裝置的電路和器件都被集成安裝在同一塊電路板上，超聲波發(fā)射傳感器與超聲波接收傳感器的相對位置是固定的，因而使用者能夠更容易地對該裝置進行安裝調(diào)試與佩戴使用；一體化電路板中的音高調(diào)整器，讓使用者能夠自行選擇自己認為最適應(yīng)的音頻頻率；一體化電路板中的音量調(diào)整器，方便使用者在寧靜或嘈雜的環(huán)境中選擇適當?shù)囊袅?。因此，通過以上本實用新型的裝置，達到了以下的功效分辨作用范圍內(nèi)不同的物體；不會給周邊帶來附加的噪聲；作用范圍是可以人為選擇的；使用者不會感覺很累；最終給出音頻信號，只需要用雙耳聆聽；通過使用，逐漸提高分辨能力。
以上所述僅為本實用新型的一種較佳實施，然而本實用新型的特征并不局限于此，本實用新型的范圍應(yīng)以隨附的權(quán)利要求范圍為準。凡符合本實用新型權(quán)利要求范圍的精神及其類似變化的實施例，都應(yīng)包含在本實用新型的范疇中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本實用新型的領(lǐng)域內(nèi)所進行的可輕易思及的變化或修飾，也皆應(yīng)涵蓋在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，該裝置佩戴在使用者頭部，包括一個超聲波發(fā)射傳感器(1)及兩個超聲波接收傳感器(2)和(3)，能產(chǎn)生超聲波信號、接收超聲波回聲和將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的控制電路(4)及一對耳機(5)和(6)，其特征在于，所述控制電路(4)與所述超聲波發(fā)射傳感器(1)及所述兩個超聲波接收傳感器(2)和(3)是一體集成的，并且與所述的一對耳機(5)和(6)連接，所述控制電路(4)中包括分別與所述兩個超聲波接收傳感器(2)和(3)連接的兩個放大器(A)和(B)、分別與所述兩個放大器(A)和(B)連接的兩個調(diào)制器(C)和(D)、以及分別與所述兩個調(diào)制器(C)和(D)連接的兩個低通放大器(E)和(F)；所述超聲波接收傳感器(2)和(3)接收由所述超聲波發(fā)射傳感器(1)發(fā)出的超聲波信號，分別通過所述兩個放大器(A)和(B)放大，再分別進入所述兩個調(diào)制器(C)和(D)由調(diào)制信號進行同步調(diào)制，然后分別進入所述兩個低通放大器(E)和(F)進行選通放大，最后分別進入所述一對耳機(5)和(6)轉(zhuǎn)化為聲音信號。
2.如權(quán)利要求1所述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其特征在于，還包括用于選擇適當差頻的音高調(diào)整器(7)和用于調(diào)整聲音強弱的音量調(diào)整器(8)，所述音高調(diào)整器(7)連接在所述超聲波發(fā)射傳感器(1)與所述調(diào)制器(C)和(D)接收所述調(diào)制信號的端口之間，所述音量調(diào)整器(8)連接在所述兩個低通放大器(E)和(F)之間。
3.如權(quán)利要求1所述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其特征在于，所述超聲波發(fā)射傳感器(1)位于所述電子裝置的中央。
4.如權(quán)利要求1所述的用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，其特征在于，所述兩個超聲波接收傳感器(2)和(3)左右對稱分布，且開距與使用者的雙耳距離相當。
專利摘要本實用新型涉及一種用于幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置，該裝置佩戴在使用者頭部，包括一個超聲波發(fā)射傳感器及兩個超聲波接收傳感器、能產(chǎn)生超聲波信號、接收超聲波回聲和將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的控制電路及一對耳機，其中控制電路與超聲波發(fā)射傳感器及超聲波接收傳感器是一體集成的并與耳機連接，控制電路中包括兩個放大器、兩個調(diào)制器及兩個低通放大器；超聲波接收傳感器接收超聲波信號，通過放大器放大，進入調(diào)制器進行同步調(diào)制，然后進入低通放大器選通放大，最后進入耳機轉(zhuǎn)化為聲音信號。該裝置通過回收其反射信號并解調(diào)成人能分辨的聲波，通過雙耳聆聽在大腦成像，實現(xiàn)以聽覺部分代替視覺的功能，熟練使用后更能夠提高使用者的分辨能力。
文檔編號A61H3/00GK2843397SQ20052010918
公開日2006年12月6日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者賀菊方, 潘國華, 何俊峰, 陳智軒 申請人:香港理工大學(xué)