CN201055497Y

CN201055497Y - 一种视障人士行走安全辅助装置

Info

Publication number: CN201055497Y
Application number: CNU2007201099363U
Authority: CN
Inventors: 罗来安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-05-07
Anticipated expiration: 2017-05-28

Abstract

本实用新型涉及一种视障人士行走辅助装置，包括附着物载体和控制装置组成，控制装置由微处理电路组成，微处理电路产生脉冲信号至超声波发射电路，经超声波接收电路接收回波信号传送至微处理电路，微处理电路输出一路至显示电路，另一路至报警电路，所述微处理电路内包含有计时测量控制电路，从而解决了视障人士行走，遇到障碍物时的安全显示和报警的问题。具有高可靠性，安全，方便的特点，且结构简单，成本低。可广泛应用于轮椅、手杖以及服装上作为检测障碍物和语音显示以及报警等，亦可作为短距离的测量距离使用。

Description

一种视障人士行走安全辅助装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种具有语音提示和报警功能的视障人士行走安全辅助装置。

背景技术

目前，视障人士行走安全辅助装置主要包括单一手杖指引，远红外线探测物体指引等，包括附着物载体手杖和控制电路等，其控制电路主要由远红探测电路等构成，其存在的不足之处在于，功能单一、安全、可靠性能不高等，且不能作为多附着物载体的通用性装置，即一物一控制。

发明内容

本实用新型其目的就在于提供一种视障人士行走安全辅助装置，具有安全、可靠性能高、功能多，可作为多附着物载体使用，且结构简单，成本低，使用方便。

实现上述目的而采取的技术方案，包括附着物载体和控制装置，控制装置包括：

1)电子指南针***，所述的电子指南针***中磁场传感器为磁阻MR；

2)超声波测距***，包括超声波发射，回波信号接收，计时测量、数据处理与智能算法；

3)控制装置，包括微处理器；

4)显示与报警电路。

与现有技术相比本实用新型具有以下优点：

1、由于采用了微处理器结构的控制设计，因而具有功能强，安全、可靠的特点，且结构简单，成本低，使用方便。

2、由于采用了超声往返时间检测的控制设计，因而具有测量精度高，安全，可靠的特点。

3、由于采用了指令编程操作语音提示和报警的控制设计，因而其提示内容丰实、美观，且编程灵活方便。

附图说明

附图为本装置电控原理结构示意图。

具体实施方式

其结构，包括附着物载体和控制装置，控制装置包括：

3)控制装置，包括微处理器；

4)显示与报警电路。

所述的磁场传感器为PHILIPS两维磁场传感器KMZ52。

所述的超声波测距***中微处理电路3产生脉冲信号至超声波发射电路1，经超声波接收电路2接收回波信号后传送至微处理电路3，微处理电路3输出一路至显示电路4，另一路至报警电路5，所述微处理电路3内包含有计时测量控制电路。

所述的微处理电路3产生的脉冲信号为10个40KHZ电信号。

所述的附着物载体为轮椅、或手杖、或服装。

本装置除了配备有小巧的无线G P S(全球定位***)追踪器以外，“便携音频导航***”中还包括超声波传感器、光学传感器和有助于区别室内室外的电子语音温度计。超声波传感器用来测量物体和障碍物的距离，电子语音指南针用来确定方向。使用者的便携电脑汇集所有信息并计算出使用者的位置，然后通过虚拟地形来指引他们向正确的路线前行。

语音导航***可以通过无线通信方式，建立使用者人与道路主机控制器之间信息的联系，控制器会将当前的道路信号发送给导航***，并通过语音播报功能，得出使用者是否可以安全正常穿越道路以及方位的信息。

在导航***表面，还涂有一层荧光材料，能够引起行人和车辆的注意，从而为使用者出行增加了安全保障。

其原理为，

1、电子指南针***基本原理

电子指南针***中磁场传感器的磁阻(MR)技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，MR技术不需要绕线圈而且可以用IC生产过程(IC-like process)生产，是一个更值得使用的解决方案。由于MR有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。

PHILIPS半导体的KMZ52是一个两维磁场传感器，它是使用磁阻的作用以及其灵敏度和线性来测量微弱的地球磁场，且集成了置位/复位功能以及补偿线圈，这些线圈可以用翻转(flipping)技术消除偏移，用电磁反馈技术消除温度的敏感漂移。

2、超声波测距基本原理

一般而言，超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

在超声波探测电路中，发射端输出脉冲一系列方波，其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限：声波幅值检测法易受反射波的影响。本***硬件设计采用超声波往返时间检测法。

在超声波发射器两端输入10个40kHz脉冲串，脉冲电信号经过超声波内部振子，振荡出机械波，通过空气，介质传播到被测面，由被测面反射，超声波接收器接收，在超声波接收器两端信号是毫伏级别的正弦波信号，超声波经气体介质的传播到接收器的时间，即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离为声波传输距离的一半。

超声波测距***总体方案设计：

其***由超声波发射，回波信号接收，计时测量、数据处理与智能算法、显示与报警等构成。整个***由微处理器控制，超声波信号在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器并转换成电信号，经滤波、放大、整形后，输入到微处理器的外部中断口INT0处产生中断，计数器停止计数，此时计数器记得的脉冲数N，即为对应的需要测量时间，由N通过公式可求出间距L。

硬件设计

1发送与接收信号电路设计

40kHz的超声波发送脉冲信号由微处理器的P1.0口送出，发出一系列的脉冲群，每一个脉冲群持续时间大约为0.5ms左右，信号经过放大，再经过阻抗匹配电路即变压器(变压器输入输出为1∶10)后，驱动超声波发射头，使发射换能器接收高电压，其内部的压电晶片开始震动，经过换能器发出40kHz的脉冲超声波。当超声波遇到障碍物时产生反射波，反射波返回到超声波传感器上，尽管发射部分的脉冲电压比较高，但是由回波引起的接收压电晶片产生的射频电压幅度近距离为毫伏级的信号，而远距离更小。由于在距离较远的情况下回波很弱，因而转换为电信号的幅值也较小，为此要将该信号放大几千倍，信号经放大、整形后，电路产生一个负脉冲使微处理器产生中断。

2、显示与报警

1)显示

显示为语音提示，语音提示部份的操作都是通过指令编程来实现的，主要用来提示与障碍物间的距离。

2)报警

报警电路，采用典型的555振荡电路，微处理器通过控制电平来控制振荡电路的工作，高电平时工作，低电平时停止，可根据视障人士行走时的距离设定安全、注意、危险三段距离，分别在语音上提示。

3、软件设计

软件采用模块化设计，程序由主程序、测距子程序和语音提示子程序三个模块组成，调试过程中对其中每个功能模块和子程序逐一调试，在每个子程序都完成其指定的功能后，再进行综合调试。

根据微处理器的I/O接口发出脉冲信号驱动超声波发出信号，与此同时计数且开始计数，当遇到障碍物反馈信号到超声波接收器接收，经放大、滤波后产生一个低脉冲后，其信号传送给INT0产生中断，调用测距子程序，计算出测量距离，调用语音提示子程序，根据不同的测量数值语音提示子程序，根据不同的测量数值语音提示距离和报警。

操作方法

1、安装方法：使用时只需要把导航***和传感***、便携计算机结合在一起即可，结合时把导航***调整至使用状态。

2、电池安装方法：用拇指按住电池盖下拉，再向上打开，而后按照标示的电池极性装上电池。再将电池盖按下，上推锁紧。

3、超声波障碍探测功能的使用方法：传感***为传感器收发一体的探测方式，导航***体尽量垂直于地面，传感器(探头)指向行进的方向，打开探测开关，此时探测***开始工作，在探测范围内有障碍物，该***即可根据障碍物的距离进行声音提示，使用者可以根据声音的频率判断出障碍物的距离，以便及时躲避。如果声音提示不容易听到，可按动震动开关，转换成震动警示方式。关上探测开关，探测***即可停止工作。

4、语音报时的操作：报时功能具有即时报时和闹铃功能。按一下报时键即报出当时时间。

5、闪光功能的操作：夜间可使用闪光功能，以提示路人，同时该产品导航***装置外壳的红色标志也具有荧光粉警示功能)按下闪光开关键，闪光管发出红色闪光，不需要时，再按一下闪光开关键，闪光***即可停止工作。

6、导航***的折叠操作：导航***使用时只需要把导航***和传感***、便携计算机结合在一起即可，结合时把导航***调整至使用状态。不用时可以折叠后放置提袋或者衣兜、书包里，以便于携带。

7、具有语音定向功能。报向功能的使用方法如下：每次更换电池后必须进行教正，将导航***杆垂直于地面，静止不少于5秒后按一下报向键，此时进入教正状态，然后缓慢转动导航***体360度，进行教正，完毕后再按一下报向键，关闭报向***。电子指南针是一个重要的导航工具，全采用固态的元件，还可以简单地和其他电子***接口。

电子指南针通过专业的数据采集处理芯片，克服各种软硬铁(磁)影响，具有分辨率高(1度)，重复精度好的特点。非常适合野外导航、勘探仪器、交通调度***应用。

使用报向***定向时应避开强磁场，将导航***垂直于地面，按报向键而后缓慢转动导航***体，定向***就会依次报出4、8个方位，转动时听到“嘟”声后应停止转动，此时报向***就会播报出导航***上端箭头指示的方位。方位确定后，按报向键一次，报向***关闭。按一下开关即可测量方位，15秒后进入睡眠状态

。实现功能：360度方位显示，回程轨迹存储，语音报向(8方位或12方位)。根据客户要求订制显示内容

体积小，可嵌入用户产品中；可选择温度，秒表，海拔高度等功能，也可选择9位串口数字输出接口或液晶显示。

8、具有测倾斜语音提示功能：由电子指南针和倾斜仪组合而成，通过精确的数学模型和仔细的检测校核，工作温度-20到71度。直接数字输出，也可以定制显示***；高精度A/D转换。连续输出倾斜方向和地磁北极夹角。也可以根据使用者要求进行倾斜角的随时记录。

9、电池电量的判断和电池更换的时机：本导航***应使用高质量的5号电池两节。电量充足时，当开启探测***时，会发出一声(嘀)的提示；如果电量不足时，开启探测***时即发出连续四声(嘀)的提示，此时应更换电池。不使用探测***时电量消耗及少，报时声音不正常时即可更换电池。

实施例

1、盲人轮椅：该***将装备轮椅的周边，通过超声波的测距技术、传感器技术，将数据信息传递给微计算机计算处理，可检测到轮椅在行驶中，其与障碍物的距离，通过语音提示距离、位置、海拔高度、气温、体温、倾斜度、道路信息，并根据轮椅与障碍物距离远近实时发出报警等级。

2、手杖：该***也可装备在手杖上，通过超声波的测距技术，可检测到手杖与障碍物的距离，通过语音提示距离、位置、海拔高度、气温、体温、倾斜度、道路信息，。

3、服装穿戴式：该***可设计在服装的前、后、上、下，电池挂在皮带上，通过超声波的测距、传感器数据信息传递给微计算机计算处理，可检测到身体在行走中，其与障碍物的距离，通过语音提示距离、位置、海拔高度、气温、体温、倾斜度、道路信息，做到“心中有数”。

4、头带式：头带上的超声波传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将测距数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体在行走中，其与障碍物的距离，通过语音提示距离、位置、海拔高度、气温、体温、倾斜度、道路信息。

5、耳机：耳机上的超声波传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将测距数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体在行走中，其与障碍物的距离，通过语音提示距离。

6、眼镜：眼镜上的超声波传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将测距数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体在行走中，其与障碍物的距离，通过语音提示距离、位置、海拔高度、气温、体温、倾斜度、道路信息。

7、盲人温度计：电子温度传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将温度数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体周围环境的温度，通过语音提示温度。

8、盲人体温计：电子温度传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将体温数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到体温，通过语音提示体温。

9、盲人血压计：电子压力传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将血压数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体血压、汞柱高度、心跳、脉搏，通过语音提示。

10、盲人气压计：电子气压传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将气压数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体周围环境的气压、海拔高度，通过语音提示气压、海拔高度。

11、盲人指南仪：通过专业的数据采集处理芯片，克服各种软硬铁(磁)影响，具有分辨率高(1度)，重复精度好的特点。可以通过无线通讯模块(蓝牙技术)将数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到身体方位，通过语音提示。

12、倾斜仪：具有测倾斜语音提示功能：由电子指南针和倾斜仪组合而成，通过精确的数学模型和仔细的检测校核，工作温度-20到71度。直接数字输出，也可以定制显示***；高精度A/D转换。连续输出倾斜方向和地磁北极夹角。也可以根据使用者要求进行倾斜角的随时记录。

13、盲人手套：电子温度传感器、红外线温度传感器通过无线通讯模块(蓝牙技术)将温度数据信息传递给便携微型计算机计算处理，可检测到近距离物体的温度，通过语音提示温度。

Claims

1.一种视障人士行走安全辅助装置，包括附着物载体和控制装置，其特征在于，控制装置包括：

3)控制装置，包括微处理器；

4)显示与报警电路。

2.根据权利要求1所述的一种视障人士行走安全辅助装置，其特征在于，所述的磁场传感器为PHILIPS两维磁场传感器KMZ52。

3.根据权利要求1所述的一种视障人士行走辅助装置，其特征在于，所述的超声波测距***中微处理电路(3)产生脉冲信号至超声波发射电路(1)，经超声波接收电路(2)接收回波信号后传送至微处理电路(3)，微处理电路(3)输出一路至显示电路(4)，另一路至报警电路(5)，所述微处理电路(3)内包含有计时测量控制电路。

4.根据权利要求1或3所述的一种视障人士行走安全辅助装置，其特征在于，所述的微处理电路(3)产生的脉冲信号为10个40KHZ电信号。

5.根据权利要求1所述的一种视障人士行走辅助装置，其特征在于，附着物载体为轮椅、或手杖、或服装。