專利名稱：一種可探測障礙物位置的導(dǎo)盲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種障礙檢測的語音提示裝置，特別涉及障礙物偏離正前方的角度和距離的導(dǎo)盲裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的導(dǎo)盲工具不能檢測出障礙物偏離正前方的準(zhǔn)確角度，只能檢測出障礙物的距離，提示不明確，給使用者帶來不能準(zhǔn)確防范和避讓障礙物的困難。中國專利200610169717. 4“一種語音導(dǎo)盲裝置”其缺點是使用者上、中、下用了 6個收發(fā)一體超聲傳感器，至少需要6條導(dǎo)線來與主機(jī)連接，給使用者帶來極大的不便，雖然能給出障礙物在前方偏左或偏右的提示，但精確度無法做到。使用者仍然無法準(zhǔn)確防范障 礙物。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有導(dǎo)盲裝置在探測障礙物方向上的不足，本實用新型提供一種可探測障礙物偏離正前方的角度和距離的導(dǎo)盲裝置，操作簡單，提示信息明確。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在結(jié)構(gòu)上采用把收發(fā)一體超聲傳感器水平安裝在步進(jìn)電機(jī)上對前方障礙物進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到前方90°扇面、3米以內(nèi)有障礙物時，可由微處理器計算出障礙物的距離，同時由載有收發(fā)一體超聲傳感器的步進(jìn)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速在90°扇面內(nèi)進(jìn)行掃描，當(dāng)再次探測到障礙物時，由微處理器程序算法計算出步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度。因而能給出障礙物的距離和偏離正前方的角度，亦即知道了障礙物的具體位置。本實用新型包括收發(fā)一體超聲傳感器，超聲波振蕩電路，超聲波調(diào)制電路，前置放大集成電路，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，RS觸發(fā)器，微處理器控制電路和語音輸出電路，揚(yáng)聲器以及步進(jìn)電機(jī)，功率驅(qū)動芯片，電池供電電源。收發(fā)一體超聲傳感器同時與超聲波振蕩電路和前置放大集成電路相連，超聲波振蕩電路與超聲波調(diào)制電路相連，超聲波調(diào)制電路同時與RS觸發(fā)器和可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相連，RS觸發(fā)器的輸出接微處理器，微處理器接語音輸出電路，語音輸出電路接揚(yáng)聲器。超聲波振蕩電路產(chǎn)生的40KHz的信號經(jīng)超聲波調(diào)制電路調(diào)制后驅(qū)動收發(fā)一體超聲傳感器發(fā)射超聲脈沖，超聲脈沖遇到障礙后產(chǎn)生反射，收發(fā)一體超聲傳感器接收到反射回波信號并傳輸給前置放大集成電路，信號經(jīng)放大、帶通濾波、峰值濾波、整形傳輸?shù)接伤?輸入與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器，由于收發(fā)一體超聲傳感器距離很近，超聲波發(fā)射時會產(chǎn)生一定的直接波，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一定脈寬的脈沖屏蔽直接波，超聲發(fā)射時的調(diào)制方波接到RS觸發(fā)器的S端，接收到的回波和直接波經(jīng)屏蔽直接波后接到R端，由RS觸發(fā)器變換成從發(fā)射至接收的來回時間的脈寬信號送到微處理器中，得出來回時間t，由程序算法L = V*t/2算出障礙物的距離。微處理器同時控制步進(jìn)電機(jī)和語音輸出電路，微處理器對信號處理后控制語音芯片驅(qū)動揚(yáng)聲器播放障礙物距離信息。微處理器在采集障礙存在的信號后，控制載有收發(fā)一體超聲傳感器的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描。在步進(jìn)電機(jī)控制中，微處理器的PI. 0-P1. 3分別向功率驅(qū)動芯片的四個輸入端發(fā)送控制信號，經(jīng)過整流放大將微處理器發(fā)送來的弱電信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行所需的一定幅值的脈沖信號，再由功率驅(qū)動芯片的四個輸出口分別輸出到步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相繞組。微處理器利用定時器TO產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)改變輸出臂位置，步進(jìn)電機(jī)采用四相八拍運(yùn)行方式，旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序和通電方式有關(guān)，正轉(zhuǎn)通電順序依次為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，反轉(zhuǎn)通電順序依次為A-AD-D-DC-C-CB-B-BA。為了檢測前方障礙物所處角度，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行左旋45°，再右旋90°，最后左旋45°回到起始位置對障礙物進(jìn)行第二次搜索。步進(jìn)電機(jī)掃描過程由微處理器進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)微處理器再次接收到回波時，由微處理器的程序算法根據(jù)步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過角度的計數(shù)值，算出障礙物偏離正前方的角度，獲得方向信息，再通過語音輸出電路驅(qū)動揚(yáng)聲器播報障礙物的偏離方向信息和距離信息。電池供電電源完成對整個電路供電。本實用新型的有益效果是，采用便攜式，操作簡單，提示信息明確的導(dǎo)盲裝置，使 盲人的獨(dú)立行走更安全。
以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。圖I是本使用新型具體實施方式
的電路原理圖。圖中1.超聲波振蕩電路，2.超聲波調(diào)制電路，3.收發(fā)一體超聲傳感器，4.前置放大集成電路，5.可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，6. RS觸發(fā)器，7.微處理器，8.語音輸出電路，9.揚(yáng)聲器，10.步進(jìn)電機(jī)，11.功率驅(qū)動芯片，12.電池供電電源。圖2是收發(fā)一體超聲傳感器和步進(jìn)電機(jī)的安裝示意圖，圖中3.收發(fā)一體超聲傳感器，10.步進(jìn)電機(jī)，13.螺釘。圖3是本實用新型障礙距離檢測和偏離正前方角度檢測的流程框圖。圖4是本實用新型整機(jī)外形示意圖。圖中3.收發(fā)一體超聲傳感器，9.揚(yáng)聲器，12.電池供電電源，14.電源開關(guān)，15.主機(jī)箱。
具體實施方式
在圖I中，超聲波振蕩電路1NE555同時與超聲波調(diào)制電路2NE555和收發(fā)一體超聲傳感器3NU40A18TR相連，超聲傳感器3的輸出經(jīng)前置集成放大電路4BL20106接到由74HC00與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器6的R端。超聲波調(diào)制電路2的輸出同時接RS觸發(fā)器6的S端和可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5CT74123，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5的輸出連接到RS觸發(fā)器6的R端，RS觸發(fā)器6的輸出接到微處理器789S51，微處理器7控制語音輸出電路8ZY1730，語音輸出電路8的輸出接揚(yáng)聲器9，微處理器7與步進(jìn)電機(jī)1028BJY48通過功率驅(qū)動芯片11UNL2003連接，功率驅(qū)動芯片的四個輸入端接微處理器的I/O 口，輸出端接步進(jìn)電機(jī)的四相繞組，收發(fā)一體超聲傳感器3水平安裝在步進(jìn)電機(jī)10的輸出臂上，電池供電電源對整機(jī)電路供電。超聲波振蕩電路I產(chǎn)生40KHz發(fā)射脈沖，經(jīng)超聲波調(diào)制電路2調(diào)制后作用于收發(fā)一體超聲傳感器3，發(fā)出的超聲波頻率為40KHz，脈沖數(shù)是10-20個，脈沖電壓的峰峰值小于5V。超聲脈沖的回波信號作用于收發(fā)一體超聲傳感器3,使其產(chǎn)生微弱的電壓信號,數(shù)值約為幾十毫伏。收發(fā)一體超聲傳感器3與前置放大集成電路4相連，微弱的電壓信號在前置集成放大電路內(nèi)經(jīng)放大、帶通濾波、峰值濾波、整形后輸出峰值為5V左右的矩形波，經(jīng)二極管檢波后接到RS觸發(fā)器6的R端，超聲波調(diào)制電路2的輸出還與RS觸發(fā)器6的S端相連。由于超聲波發(fā)射和接收的距離很近，會產(chǎn)生直接波，把超聲波調(diào)制電路2的輸出再和可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5CT74123相連,可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5的輸出接到RS觸發(fā)器6的R端，用一定的脈寬屏蔽直接波，消除干擾。經(jīng)RS觸發(fā)器輸出脈寬等于超聲波從發(fā)射至接收的來回時間，該脈寬信號被送入微處理器7的P3. 2接口。當(dāng)微處理器外部中斷口 O產(chǎn)生下降沿時，進(jìn)入中斷子程序，定時器初始化，查詢P3. 2的電平是否為高，若為高則啟動定時器O進(jìn)行計數(shù)，直到高電平結(jié)束停止計數(shù)，所得時間即超聲波在空中的傳播距離。微處理器根據(jù)回波時間(t)，聲速(V)，可以計算出障礙距離(L)，L = V*t/2。微處理器采集到回波信號后，立即開始執(zhí)行外部中斷程序，微處理器的PI. 0-P1. 3 分別向功率驅(qū)動芯片的四個輸入端發(fā)送控制信號，經(jīng)過整流放大將微處理器發(fā)送來的弱電信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行所需的一定幅值的脈沖信號，再由功率驅(qū)動芯片的四個輸出口分別輸出到步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相繞組。微處理器利用定時器TO產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)改變輸出臂位置，步進(jìn)電機(jī)采用四相八拍運(yùn)行方式，旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序和通電方式有關(guān)，正轉(zhuǎn)通電順序依次為=A-AB-B-BC-C-⑶-D-DA，反轉(zhuǎn)通電順序為A-AD-D-DC-C-CB-B-BA。為了檢測前方障礙物所處角度，在步進(jìn)脈沖的控制下，步進(jìn)電機(jī)首先逆時針旋轉(zhuǎn)45°，然后順時針旋轉(zhuǎn)90°，最后逆時針旋轉(zhuǎn)45°返回初始位置，轉(zhuǎn)速為每分鐘25轉(zhuǎn)，步進(jìn)角為5. 625°。整個過程對前方90°范圍進(jìn)行掃描。步進(jìn)電機(jī)掃描過程由微處理器進(jìn)行計數(shù)，每個計數(shù)值對應(yīng)一個角度位置，當(dāng)微處理器再次接收到回波時，由微處理器的程序算法根據(jù)步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過角度的計數(shù)值，算出障礙物偏離正前方的角度，再通過語音芯片驅(qū)動揚(yáng)聲器播報障礙物的偏離方向信息和距離信息。從而確定障礙物偏離正前方的角度。自此，障礙物的距離、角度均為已知，亦即探明了障礙物的位置，達(dá)到讓使用者有效防范的目的。微處理器7同時與語音輸出電路8ZY1730通過一個四線SPI接口相連，微處理器通過SPI協(xié)議，根據(jù)需要方便地播報存儲在語音模塊中的不同地址對應(yīng)的不同語音信號，語音輸出電路8的輸出連接到揚(yáng)聲器9，播報對應(yīng)的內(nèi)容，電池供電電源12由12V鋰電池組成，對電路供電。本實用新型障礙檢測流程如圖3所示，首先，收發(fā)一體超聲傳感器向前方發(fā)射超聲波，微處理器對其進(jìn)行回波信號的檢測，若有回波，則進(jìn)行S (距離)=V (速度)*t/2 (計數(shù)時間)的數(shù)據(jù)處理，由語音輸出電路播報“障礙距離X米”。當(dāng)收發(fā)一體超聲傳感器檢測到前方有障礙物時，微處理器就會控制載有收發(fā)一體超聲傳感器的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，對前方、左、右方向的障礙物進(jìn)行判別，在掃描過程中，左方和右方均有障礙物時，語音輸出電路播報“危險”；當(dāng)左方有障礙物而右方?jīng)]有時，語音輸出電路播報“左方XX度危險”；反之，右方有障礙物而左方?jīng)]有時，語音輸出電路播報“右方XX度危險”。然后，進(jìn)入下一個循環(huán)。本實用新型的外形示意圖如圖4所示，使用非常簡單，使用方法如下I、打開后蓋，按極性安裝好電池，然后再蓋緊后蓋。[0021]2、使用時，只需把本實用新型拿在手上，把收發(fā)一體超聲傳感器對準(zhǔn)前方，打開電源開關(guān)即可正常工作。由此可見，使用非常 方便，效果良好。
權(quán)利要求1.一種可探測障礙物位置的導(dǎo)盲裝置，其特征在于包括收發(fā)一體超聲傳感器(3)、超聲波振蕩電路(I)、超聲波調(diào)制電路(2)、前置放大集成電路(4)、可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)、RS觸發(fā)器￠)、微處理器(7)、語音輸出電路(8)、揚(yáng)聲器(9)、步進(jìn)電機(jī)(10)、功率驅(qū)動芯片(11)、電池供電電源(12)，收發(fā)一體超聲傳感器⑶同時與超聲波振蕩電路⑴和前置放大集成電路(4)相連，超聲波振蕩電路(I)與超聲波調(diào)制電路(2)相連，由超聲波振蕩電路(I)產(chǎn)生的超聲波經(jīng)超聲波調(diào)制電路(2)調(diào)制后由收發(fā)一體超聲傳感器(3)發(fā)射，超聲波調(diào)制電路⑵同時與RS觸發(fā)器(6)和可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)相連，RS觸發(fā)器(6)的輸出接微處理器(7)，微處理器(7)同時控制步進(jìn)電機(jī)(10)和語音輸出電路(8)，語音輸出電路⑶的輸出接揚(yáng)聲器(9)，收發(fā)一體超聲傳感器(3)水平安裝在步進(jìn)電機(jī)(10)的輸出臂上，方向向前，收發(fā)一體超聲傳感器(3)在接收到回波后，經(jīng)前置放大集成電路(4)放大并經(jīng)可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)屏蔽直接波后由RS觸發(fā)器(6)變換成從發(fā)射至接收的 來回時間的脈寬信號，由微處理器進(jìn)行計算，得到距離信息，在微處理器(7)接收到回波信號時，當(dāng)即控制載有收發(fā)一體超聲傳感器(3)的步進(jìn)電機(jī)(10)進(jìn)行左旋45°，右旋90°，再左旋45°回到起始位置的掃描，對障礙物進(jìn)行第二次搜索，當(dāng)微處理器第二次收到回波信號時，由微處理器程序算法獲得方向信息，距離和方向信息均由語音輸出電路給出語音提示。
專利摘要一種可探測障礙物位置的導(dǎo)盲裝置，收發(fā)一體超聲傳感器[3]水平安裝在步進(jìn)電機(jī)[10]上，方向向前。此裝置包括超聲波振蕩電路[1]、超聲波調(diào)制電路[2]、收發(fā)一體超聲傳感器[3]、前置放大集成電路[4]、可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[5]、RS觸發(fā)器[6]、微處理器[7]、語音輸出電路[8]、揚(yáng)聲器[9]、步進(jìn)電機(jī)[10]、功率驅(qū)動芯片[11]、電池供電電源[12]。微處理器在接收到回波信號后，控制載有收發(fā)一體超聲傳感器的步進(jìn)電機(jī)沿90°圓弧對障礙物進(jìn)行第二次探測，微處理器分別計算出障礙物的距離和角度信息，并給出相應(yīng)的語音提示。本實用新型便于攜帶，操作簡單，提示信息明確，價格低廉，使盲人的行走更加安全。
文檔編號G01S15/93GK202471965SQ20112050599
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者俞國華, 張柯, 張秀斌, 李彩琴, 鄭志淵 申請人:中國計量學(xué)院