专利名称：一种可探测障碍物位置的导盲装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种障碍检测的语音提示装置，特别涉及障碍物偏离正前方的角度和距离的导盲装置。
背景技术：
现有的导盲工具不能检测出障碍物偏离正前方的准确角度，只能检测出障碍物的距离，提示不明确，给使用者带来不能准确防范和避让障碍物的困难。中国专利200610169717. 4“一种语音导盲装置”其缺点是使用者上、中、下用了 6个收发一体超声传感器，至少需要6条导线来与主机连接，给使用者带来极大的不便，虽然能给出障碍物在前方偏左或偏右的提示，但精确度无法做到。使用者仍然无法准确防范障 碍物。
发明内容为了克服现有导盲装置在探测障碍物方向上的不足，本实用新型提供一种可探测障碍物偏离正前方的角度和距离的导盲装置，操作简单，提示信息明确。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在结构上采用把收发一体超声传感器水平安装在步进电机上对前方障碍物进行检测，当检测到前方90°扇面、3米以内有障碍物时，可由微处理器计算出障碍物的距离，同时由载有收发一体超声传感器的步进电机以一定的转速在90°扇面内进行扫描，当再次探测到障碍物时，由微处理器程序算法计算出步进电机所转过的角度。因而能给出障碍物的距离和偏离正前方的角度，亦即知道了障碍物的具体位置。本实用新型包括收发一体超声传感器，超声波振荡电路，超声波调制电路，前置放大集成电路，可重触发单稳态触发器，RS触发器，微处理器控制电路和语音输出电路，扬声器以及步进电机，功率驱动芯片，电池供电电源。收发一体超声传感器同时与超声波振荡电路和前置放大集成电路相连，超声波振荡电路与超声波调制电路相连，超声波调制电路同时与RS触发器和可重触发单稳态触发器相连，RS触发器的输出接微处理器，微处理器接语音输出电路，语音输出电路接扬声器。超声波振荡电路产生的40KHz的信号经超声波调制电路调制后驱动收发一体超声传感器发射超声脉冲，超声脉冲遇到障碍后产生反射，收发一体超声传感器接收到反射回波信号并传输给前置放大集成电路，信号经放大、带通滤波、峰值滤波、整形传输到由四2输入与非门构成的RS触发器，由于收发一体超声传感器距离很近，超声波发射时会产生一定的直接波，可重触发单稳态触发器产生一定脉宽的脉冲屏蔽直接波，超声发射时的调制方波接到RS触发器的S端，接收到的回波和直接波经屏蔽直接波后接到R端，由RS触发器变换成从发射至接收的来回时间的脉宽信号送到微处理器中，得出来回时间t，由程序算法L = V*t/2算出障碍物的距离。微处理器同时控制步进电机和语音输出电路，微处理器对信号处理后控制语音芯片驱动扬声器播放障碍物距离信息。微处理器在采集障碍存在的信号后，控制载有收发一体超声传感器的步进电机进行旋转扫描。在步进电机控制中，微处理器的PI. 0-P1. 3分别向功率驱动芯片的四个输入端发送控制信号，经过整流放大将微处理器发送来的弱电信号转化为步进电机正常运行所需的一定幅值的脉冲信号，再由功率驱动芯片的四个输出口分别输出到步进电机的A、B、C、D四相绕组。微处理器利用定时器TO产生步进脉冲，驱动步进电机改变输出臂位置，步进电机采用四相八拍运行方式，旋转方向与内部绕组的通电顺序和通电方式有关，正转通电顺序依次为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，反转通电顺序依次为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA。为了检测前方障碍物所处角度，步进电机进行左旋45°，再右旋90°，最后左旋45°回到起始位置对障碍物进行第二次搜索。步进电机扫描过程由微处理器进行计数，当微处理器再次接收到回波时，由微处理器的程序算法根据步进电机所转过角度的计数值，算出障碍物偏离正前方的角度，获得方向信息，再通过语音输出电路驱动扬声器播报障碍物的偏离方向信息和距离信息。电池供电电源完成对整个电路供电。本实用新型的有益效果是，采用便携式，操作简单，提示信息明确的导盲装置，使 盲人的独立行走更安全。
以下结合附图
和实施例对本实用新型进一步说明。图I是本使用新型具体实施方式
的电路原理图。图中1.超声波振荡电路，2.超声波调制电路，3.收发一体超声传感器，4.前置放大集成电路，5.可重触发单稳态触发器，6. RS触发器，7.微处理器，8.语音输出电路，9.扬声器，10.步进电机，11.功率驱动芯片，12.电池供电电源。图2是收发一体超声传感器和步进电机的安装示意图，图中3.收发一体超声传感器，10.步进电机，13.螺钉。图3是本实用新型障碍距离检测和偏离正前方角度检测的流程框图。图4是本实用新型整机外形示意图。图中3.收发一体超声传感器，9.扬声器，12.电池供电电源，14.电源开关，15.主机箱。
具体实施方式
在图I中，超声波振荡电路1NE555同时与超声波调制电路2NE555和收发一体超声传感器3NU40A18TR相连，超声传感器3的输出经前置集成放大电路4BL20106接到由74HC00与非门构成的RS触发器6的R端。超声波调制电路2的输出同时接RS触发器6的S端和可重触发单稳态触发器5CT74123，可重触发单稳态触发器5的输出连接到RS触发器6的R端，RS触发器6的输出接到微处理器789S51，微处理器7控制语音输出电路8ZY1730，语音输出电路8的输出接扬声器9，微处理器7与步进电机1028BJY48通过功率驱动芯片11UNL2003连接，功率驱动芯片的四个输入端接微处理器的I/O 口，输出端接步进电机的四相绕组，收发一体超声传感器3水平安装在步进电机10的输出臂上，电池供电电源对整机电路供电。超声波振荡电路I产生40KHz发射脉冲，经超声波调制电路2调制后作用于收发一体超声传感器3，发出的超声波频率为40KHz，脉冲数是10-20个，脉冲电压的峰峰值小于5V。超声脉冲的回波信号作用于收发一体超声传感器3,使其产生微弱的电压信号,数值约为几十毫伏。收发一体超声传感器3与前置放大集成电路4相连，微弱的电压信号在前置集成放大电路内经放大、带通滤波、峰值滤波、整形后输出峰值为5V左右的矩形波，经二极管检波后接到RS触发器6的R端，超声波调制电路2的输出还与RS触发器6的S端相连。由于超声波发射和接收的距离很近，会产生直接波，把超声波调制电路2的输出再和可重触发单稳态触发器5CT74123相连,可重触发单稳态触发器5的输出接到RS触发器6的R端，用一定的脉宽屏蔽直接波，消除干扰。经RS触发器输出脉宽等于超声波从发射至接收的来回时间，该脉宽信号被送入微处理器7的P3. 2接口。当微处理器外部中断口 O产生下降沿时，进入中断子程序，定时器初始化，查询P3. 2的电平是否为高，若为高则启动定时器O进行计数，直到高电平结束停止计数，所得时间即超声波在空中的传播距离。微处理器根据回波时间(t)，声速(V)，可以计算出障碍距离(L)，L = V*t/2。微处理器采集到回波信号后，立即开始执行外部中断程序，微处理器的PI. 0-P1. 3 分别向功率驱动芯片的四个输入端发送控制信号，经过整流放大将微处理器发送来的弱电信号转化为步进电机正常运行所需的一定幅值的脉冲信号，再由功率驱动芯片的四个输出口分别输出到步进电机的A、B、C、D四相绕组。微处理器利用定时器TO产生步进脉冲，驱动步进电机改变输出臂位置，步进电机采用四相八拍运行方式，旋转方向与内部绕组的通电顺序和通电方式有关，正转通电顺序依次为=A-AB-B-BC-C-⑶-D-DA，反转通电顺序为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA。为了检测前方障碍物所处角度，在步进脉冲的控制下，步进电机首先逆时针旋转45°，然后顺时针旋转90°，最后逆时针旋转45°返回初始位置，转速为每分钟25转，步进角为5. 625°。整个过程对前方90°范围进行扫描。步进电机扫描过程由微处理器进行计数，每个计数值对应一个角度位置，当微处理器再次接收到回波时，由微处理器的程序算法根据步进电机所转过角度的计数值，算出障碍物偏离正前方的角度，再通过语音芯片驱动扬声器播报障碍物的偏离方向信息和距离信息。从而确定障碍物偏离正前方的角度。自此，障碍物的距离、角度均为已知，亦即探明了障碍物的位置，达到让使用者有效防范的目的。微处理器7同时与语音输出电路8ZY1730通过一个四线SPI接口相连，微处理器通过SPI协议，根据需要方便地播报存储在语音模块中的不同地址对应的不同语音信号，语音输出电路8的输出连接到扬声器9，播报对应的内容，电池供电电源12由12V锂电池组成，对电路供电。本实用新型障碍检测流程如图3所示，首先，收发一体超声传感器向前方发射超声波，微处理器对其进行回波信号的检测，若有回波，则进行S (距离)=V (速度)*t/2 (计数时间)的数据处理，由语音输出电路播报“障碍距离X米”。当收发一体超声传感器检测到前方有障碍物时，微处理器就会控制载有收发一体超声传感器的步进电机进行旋转扫描，对前方、左、右方向的障碍物进行判别，在扫描过程中，左方和右方均有障碍物时，语音输出电路播报“危险”；当左方有障碍物而右方没有时，语音输出电路播报“左方XX度危险”；反之，右方有障碍物而左方没有时，语音输出电路播报“右方XX度危险”。然后，进入下一个循环。本实用新型的外形示意图如图4所示，使用非常简单，使用方法如下I、打开后盖，按极性安装好电池，然后再盖紧后盖。[0021]2、使用时，只需把本实用新型拿在手上，把收发一体超声传感器对准前方，打开电源开关即可正常工作。由此可见，使用非常 方便，效果良好。
权利要求1.一种可探测障碍物位置的导盲装置，其特征在于包括收发一体超声传感器(3)、超声波振荡电路(I)、超声波调制电路(2)、前置放大集成电路(4)、可重触发单稳态触发器(5)、RS触发器￠)、微处理器(7)、语音输出电路(8)、扬声器(9)、步进电机(10)、功率驱动芯片(11)、电池供电电源(12)，收发一体超声传感器⑶同时与超声波振荡电路⑴和前置放大集成电路(4)相连，超声波振荡电路(I)与超声波调制电路(2)相连，由超声波振荡电路(I)产生的超声波经超声波调制电路(2)调制后由收发一体超声传感器(3)发射，超声波调制电路⑵同时与RS触发器(6)和可重触发单稳态触发器(5)相连，RS触发器(6)的输出接微处理器(7)，微处理器(7)同时控制步进电机(10)和语音输出电路(8)，语音输出电路⑶的输出接扬声器(9)，收发一体超声传感器(3)水平安装在步进电机(10)的输出臂上，方向向前，收发一体超声传感器(3)在接收到回波后，经前置放大集成电路(4)放大并经可重触发单稳态触发器(5)屏蔽直接波后由RS触发器(6)变换成从发射至接收的 来回时间的脉宽信号，由微处理器进行计算，得到距离信息，在微处理器(7)接收到回波信号时，当即控制载有收发一体超声传感器(3)的步进电机(10)进行左旋45°，右旋90°，再左旋45°回到起始位置的扫描，对障碍物进行第二次搜索，当微处理器第二次收到回波信号时，由微处理器程序算法获得方向信息，距离和方向信息均由语音输出电路给出语音提示。
专利摘要一种可探测障碍物位置的导盲装置，收发一体超声传感器[3]水平安装在步进电机[10]上，方向向前。此装置包括超声波振荡电路[1]、超声波调制电路[2]、收发一体超声传感器[3]、前置放大集成电路[4]、可重触发单稳态触发器[5]、RS触发器[6]、微处理器[7]、语音输出电路[8]、扬声器[9]、步进电机[10]、功率驱动芯片[11]、电池供电电源[12]。微处理器在接收到回波信号后，控制载有收发一体超声传感器的步进电机沿90°圆弧对障碍物进行第二次探测，微处理器分别计算出障碍物的距离和角度信息，并给出相应的语音提示。本实用新型便于携带，操作简单，提示信息明确，价格低廉，使盲人的行走更加安全。
文档编号G01S15/93GK202471965SQ20112050599
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者俞国华, 张柯, 张秀斌, 李彩琴, 郑志渊 申请人:中国计量学院