[发明专利]基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置及方法

权利要求书

1.基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：包括手杖和与手杖具有数据连接的手环，所述手杖包括支撑杆、设置在支撑杆顶部的把手以及固定设置在支撑杆底部的支撑脚，所述支撑杆上设置有超声波探测器、步进电机、编码器，编码器通过联轴器和步进电机相连，第一单片机读取编码器的数据积分得到步进电机的转动角度，从而监测步进电机的调校效果，所述支撑脚上设置有角度传感器和第一单片机，所述步进电机转轴与超声波探测器相连，所述第一单片机分别与角度传感器、步进电机、编码器和超声波探测器连接；所述角度传感器用于获取角度数据，并将所述角度数据传输至第一单片机中，第一单片机根据该角度数据对步进电机进行调节，从而纠正超声波探测器的角度, 所述第一单片机还连接有第一无线信号传输模块，所述第一无线信号传输模块与手环上的第二无线信号传输模块进行数据传输，所述手环上还设置有第二单片机和警报元件，所述第二单片机分别与第二无线信号传输模块和警报元件连接；所述对步进电机进行调节包括如下步骤：

步骤1，将超声波探测器当前的探测方向设为步进电机转轴角度初始值；

步骤2，角度传感器感应角度并反馈角度数据至第一单片机；

步骤3，通过角度传感器以ƒ的抽样速率抽样得到手杖的角度T(k)，抽样数据如下：

其中，T(t)是手杖角度值随时间的变化函数，T(n)为从T(t)抽样出来的一维数组，T(k)是第k个具体的元素，为数学函数，当t=0时，是1，其余均为0；

步骤4，对相邻时间抽样的角度进行微分，得到这段时间内的手杖角度变化量C(k)：

C(k)=T(k)-T(k-1)

步骤5，将角度差负反馈b(k-1)与角度变化量C(k)、上一循环的补偿量y(k-1)求和得出这次的调整量：

y(k)=C(k)+b(k-1)+y(k-1)

步骤6，在调节步进电机之前进行如下判断：

步骤6-1，根据手杖角度变化量C(k)的值来匹配合适的抽样速率，并改变抽样速率：

ƒ=F（C(k)）

其中，C(k)∈[a,b)，F(x)= ，x∈[a,b) a=10n,b=10n+10，n=0,1,2,3……

步骤6-2，判断这次的调整量是否超过阈值，如果在阈值以下，则调整量作为补偿量参与下一次的循环，不继续执行后续步骤；

步骤7，将这次的调整量进行模数转换得到步进电机需要的转动步数，控制步进电机转动，编码器得到了这次的实际转角d(k)，通过积分定位到步进电机的转轴角度D(k)：

D(k)=

步骤8，将步骤7中得到的转轴角度与这次的手杖角度做差得到角度差负反馈量b(k)；

步骤9，将步骤8得到的角度差负反馈量计入下一次的调整量。

2.根据权利要求1所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述超声波探测器通过如下公式计算距离：

distance=(t*340)/2

其中，t为引脚高电平的时间。

3.根据权利要求1所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述警报元件包括振动电路。

4.根据权利要求3所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述警报元件还包括蜂鸣器。

5.根据权利要求1所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述第一无线信号传输模块和第二无线信号传输模块为蓝牙模块。

6.根据权利要求1所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述步进电机通过固定装置固定在支撑杆上。

7.根据权利要求1所述的基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，其特征在于：所述支撑杆上设置有高度调节装置。

8.基于步进电机的盲人行道探测装置的自适应调节方法，盲人行道探测装置上设置有超声波探测器、步进电机、编码器，角度传感器，第一单片机，所述编码器通过联轴器和步进电机相连，所述步进电机转轴与超声波探测器相连，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，将超声波探测器当前的探测方向设为步进电机转轴角度初始值；

步骤2，角度传感器感应角度并反馈角度数据至第一单片机；

步骤3，通过角度传感器以ƒ的抽样速率抽样得到盲人行道探测装置的角度T(k)，抽样数据如下：

其中，T(t)是盲人行道探测装置角度值随时间的变化函数，T(n)为从T(t)抽样出来的一维数组，T(k)是第k个具体的元素，为数学函数，当t=0时，是1，其余均为0；

步骤4，对相邻时间抽样的角度进行微分，得到这段时间内的盲人行道探测装置角度变化量C(k)：

C(k)=T(k)-T(k-1)

步骤5，将角度差负反馈b(k-1)与角度变化量C(k)、上一循环的补偿量y(k-1)求和得出这次的调整量：

y(k)=C(k)+b(k-1)+y(k-1)

步骤6，在控制步进电机之前进行如下判断：

步骤6-1，根据盲人行道探测装置角度变化量C(k)的值来匹配合适的抽样速率，并改变抽样速率：

ƒ=F（C(k)）

其中，C(k)∈[a,b)，F(x)= ，x∈[a,b) a=10n,b=10n+10，n=0,1,2,3……

步骤6-2，判断这次的调整量是否超过阈值，如果在阈值以下，则调整量作为补偿量参与下一次的循环，不继续执行后续步骤；

步骤7，将这次的调整量进行模数转换得到步进电机需要的转动步数，控制步进电机转动，编码器得到了这次的实际转角d(k)，通过积分定位到步进电机的转轴角度D(k)：

D(k)=

步骤8，将步骤7中得到的转轴角度与这次的盲人行道探测装置角度做差得到角度差负反馈量b(k)；

步骤9，将步骤8得到的角度差负反馈量计入下一次的调整量。