[实用新型]一种基于多超声传感器的导盲避碰装置

说明书

技术领域

本发明是一种计算机控制自动导盲装置，涉及信号处理、障碍物探测等领域。 

背景技术

我国目前约有1000万盲人，占全世界盲人总数的18％。盲人在独自行走时主要依靠导盲装置，最简单的装置是普通的手杖，用它在地面上敲击，可帮助盲人发现0.5米以内的障碍物。其缺点是探测距离近、需要使用人力来避碰障碍物，因此设计一款智能电子导盲装置势在必行。为了增加探测距离，电子导盲装置一般采用超声波传感器，但是，现有的导盲装置大多采用单超声波传感器，当超声波传感器与障碍物形成一定角度时，超声波会产生镜面反射，由此产生“幻影”现象，单传感器不能有效地消除“幻影”现象，其智能性不高。实用新型专利(专利号：95235311.3)公开了一种集收音、报警、导盲于一体的手持式多功能导盲装置。该导盲装置功能较多，但是其导盲功能仅仅是通过单传感器超声波探测前方是否有障碍物，将距离信号转换为与周期或频率成比例的脉冲信号，从而通过语音信号提醒盲人。该专利的不足之处在于：该单超声波导盲装置仅仅给出是否有障碍物的提醒，而没有给出具体的向左行走或向右行走的提示信号，从而不能在复杂的障碍物背景下有效的给出向左行走还是向右行走的提示信息，智能性不高。 

因此采用多超声波传感器消除导盲装置的“幻影”现象。发明专利(专利申请号：200610169717.4)公开了一种智能的语音导盲装置，该装置特点在于采用两个以上传感器进行多方位障碍物探测，能够给出障碍物的距离、方向、高度等信息，但是该装置采取预放大电路、带通滤波电路等回波信号预处理电路，一个传感器需要一套电路，致使电路体积增加；此外，在障碍物方位、类型等信息提示方面，该装置采取简单的数量判决方法——依据相关位置检测到障碍物的超声波传感器数量来判决是哪一类障碍物。该数量判决方法仅仅依靠检测到障碍物的超声波数量进行判决，不能够在复杂障碍物环境中有效的为盲人提供导盲信息。 

发明内容

为了克服现有技术不能够在复杂障碍物环境中有效的为盲人提供导盲信息的不足，本发明提供一种基于多超声传感导盲避障装置，在多传感器测距的基础上，结合 模糊导盲控制算法，大大提高了导盲装置在复杂障碍物环境情况下的适应能力。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括多个收发一体的超声波传感器、超声波发射驱动电路、超声波接收驱动电路、程控开关切换电路、主控制器、蜂鸣提醒电路、震动提醒电路和温度传感器。主控制器控制温度传感器采集环境温度信息，在程控开关切换电路的控制下，采取循环扫描方式逐个驱动超声波传感器循环工作。工作过程中，主控制器通过超声波发射驱动电路驱动收发一体超声波传感器的探头发射超声波脉冲，当超声波遇到障碍物后反射并经过探头接收后，经过超声波接收驱动电路的放大、滤波、和固定电平比较之后，将得到的信号传输至主控制器，主控制器计算发射与接收时间差Δt，依据之前采集到的环境温度，根据声速近似计算公式得出当前环境温度下的声速c≈c₀+0.607T，其中c₀＝331.45m/s，T为当前环境的摄氏温度，进而计算每个超声波传感与障碍物之间距离 h＝1、2、3，采用模糊导盲控制算法计算出盲人的行走方向，通过蜂鸣提醒电路发出障碍报警，并通过安装在使用者身体前方、左侧和右侧等不同部位的震动提醒电路给出不同的行走方向：直线行走、左前方行走、右前方行走。 

所述的多个超声波传感器以腰带方式置于盲人身体中部位置，传感器布放于腰带之上，传感器之间存在一定的水平夹角α，夹角的选择由超声波传感器的波束角和导盲装置的视野范围决定，一般选择20°≤α≤40°。在多传感器发射、接收控制方面，采用程控开关切换电路，多个传感器共用一套超声波发射驱动电路、超声波接受驱动电路，此设计方法一方面减少了芯片数量，节约了PCB板面积，有助于导盲装置小型化设计，节约了系统功耗，从而延长了导盲装置的使用寿命；另一方面，由于障碍物的漫反射等作用，超声波传感器同时工作会产生相互之间的干扰，采用切换工作模式有效的避免了传感器之间的干扰。程控开关切换电路的控制是在主CPU的控制下进行通道的切换选择的。 

超声波发射驱动电路主要是将主控制器或者经过主控制器触发的外围电路产生的一定频率的超声波脉冲信号，通过变压器线圈耦合产生峰值为360V的高压，从而驱动超声波传感器发射信号。变压器线圈一方面起到了升压作用，以驱动超声波传感器，另一方面，由于超声波传感器是收发一体化设计，因此起到了隔离发射与接收的作用。