专利名称：超声波防撞报警拐杖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种助盲拐杖，特别是一种结合了电子技术、自动控制技术和超声波技术的超声波防撞报警拐杖。
背景技术：
随着科技的日新月异，智能机器在日常生活中有着广泛的应用前景。然而，现有的助盲拐杖大多数还处于原始状态，即一根简单的长杆，具有报警功能的拐杖很少，我国国家知识产权局已经公开的相关的专利共有8项，其中多数是自救类，与本实用新型比较接近的一项是申请号为02230572.6的中国专利申请，它的介绍如下“本实用新型属于老人、盲人行走用具，涉及一种拐杖。其主要特征是手电筒照明部设在杖把前端圆柱空心中，杖杆顶端固定在杖把中段底面，杖杆为呈两端细中段粗空心圆柱状，其粗圆柱状空心中设有喇叭、电源电池、警报集成块和两只串联二极管。本实用新型具有老人特别是视力弱者在星夜行走时既可作为手电筒用，也可以当拐杖使用，盲人碰到泥巴路面、积水的路面时报警，盲人就有安全感。”虽然该拐杖为老人、视力弱者的星夜行走和盲人在泥巴路面、积水路面的行走带来了一定的方便，但是，作为拐杖使用，它仍然存在普通拐杖的缺点，即只有当拐杖碰到障碍物、水面时才会报警，为此，使用拐杖的人得不停地试探，很辛苦，很被动。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种超声波防撞报警拐杖，它具有使用方便，安全，舒适的特点，具有较好的助盲效果。
为了达到本实用新型的目的所采取的技术方案包括杆状拐杖，其特征在于，在该拐杖的上部安装了超声波探测报警装置。
上述的超声波防撞报警拐杖中，超声波探测报警装置包括电源，与该电源相连接的单片机，与该单片机相连接且安装在拐杖上部前端的超声波发射探头、接收探头及中间处理电路，与该超声波接收探头相连接的选频电路、放大电路和比较电路，与单片机相连接的报警器。
上述的超声波防撞报警拐杖中，选频电路由一个电容和一个电感并联而成，选频电路接在超声波接收探头和放大电路之间，使只有发射信号才能被系统识别。
上述的超声波防撞报警拐杖中，放大电路是由2个电阻和双运放芯片中的一个运放组成的负反馈放大电路。
上述的超声波防撞报警拐杖中，比较电路接在放大电路和单片机之间，它是由接在电源和地间的电位器和双运放芯片中的另一个运放组成的简单比较器。
上述的超声波防撞报警拐杖中，电源由与稳压管相连接的干电池提供，7660芯片为负电源。
上述的超声波防撞报警拐杖中，报警器为低功耗(工作电流小于20毫安)的专用语音芯片(可以由相关厂家定制)。
本实用新型将超声波测距报警技术用于了盲人的拐杖上，扩展了传统拐杖的功能，改变了传统拐杖只能测一维信息的局限性。由于增加了水平方向的测距，使得使用者可以通过对本拐杖的原地旋转而获得一个三维平面的信息，能感知到各个方向一定距离内是否有障碍物，所以使用非常方便。
此外，本实用新型的报警装置体积仅为巴掌大，可以用普通干电池供电，便于携带和更换电池；工作电流仅几十毫安，超声波探测距离只有几米，故对环境基本没有不良影响。本拐杖用音乐报警，服务更人性化。
图1为本超声波防撞报警拐杖的结构示意图；图2为本超声波防撞报警拐杖的探测报警方框图；图3为本超声波防撞报警拐杖的发射电路原理图。
实施例
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，1为杆状拐杖，2为超声波探测报警装置，2安装在拐杖1的上部前端，龙头附近。超声波探测报警装置2的两个超声波探头朝向前方。
如图3左下角所示，电源VCC用数节总电压超过3V的干电池提供，干电池与开关和电源指示灯串联后，与3V稳压管并联，使输出电压为3V标准电压，给整个电路供电。
如图3右下角所示，负电源VDD负电源芯片(此处以7660芯片为例)的电源管脚接VCC，CAP+管脚与CAP-管脚之间正向接一个电解电容，GND管脚接地线，输出管脚与地线间正向接一个电解电容。则输出管脚所输出的电压是-3V标准电压，为整个电路提供负电源。
如图3上部所示，单片机有4个以上I/O管脚的各种单片机都可以采用。本实施例采用AT89C2051单片机。用最小系统模式接法，有3个I/O口分别与发射电路、比较电路和语音芯片相连接。
如图3中部左边所示，超声波发射电路单片机的一个I/O口与一个电位器相连，电位器接NPN晶体管的基极，晶体管的发射极接地，晶体管的集电极接脉冲变压器的负输入端，脉冲变压器的正输入端通过电阻与电源相连，脉冲变压器的正负输出端之间接超声波发射探头。
如图3中部右边所示，超声波接收电路超声波接收探头，一端接选频电路，一端接地。
如图3中部右边所示，选频电路接在超声波接收电路与放大电路之间，由一个电容和一个电感并联而成。
如图3中部右边所示，放大电路接在选频电路与比较电路之间，由2个适当阻值的电阻和双运放芯片中的一个运放组成的负反馈放大电路。其中，一个电阻接在运放的反向输入端与地之间，另一个电阻接在运放的反向输入端与输出端之间，运放的同向输入端接选频电路。另外，运放的VCC+管脚接电源，VCC-管脚接负电源。
如图3中部右边所示，比较电路接在放大电路和单片机的一个I/O口之间，它是由接在电源和地间的电位器和双运放芯片中的另一个运放组成的简单比较器。其中，该运放的输出端接单片机的一个I/O口，同向输入端接前一运放的输出端，反向输入端接在电位器的中部；这个电位器的两端分别接电源和接地。
本产品属于电子技术、自动控制技术和超声波技术在助盲领域的应用，由普通拐杖在龙头附近安装超声波防撞报警装置而成，通过发射超声波并接受其返回信号，经过单片机控制电路的计算，分析潜在的相撞危险并及时报警。
以厂家设定障碍物距离小于3米则报警为例，本实用新型的工作步骤如下1，使用者打开开关，电路开始工作。
2，单片机发出方波信号，经过脉冲变压器，通过超声波发射头将电信号转化为超声波信号发射出去。同时，单片机开始计时18ms(超声波在3米内一个来回所需要的时间)。
3，超声波信号在遇到障碍物之后返回，被超声波接收探头接收，转化为电信号。
4，电信号经过选频网络，只有发射信号才能通过。
5，由于超声波在空气中传播时有很大的衰减，此时需要用放大电路将信号放大若干倍。
6，经过放大后的信号，在电压比较器与参考电平进行比较。如果信号幅值大于参考电平，则系统认为在数米内确有障碍物，电压比较器输出一个高电平给单片机。
7，如果单片机在定时的18ms内，接收到来自电压比较器的高电平，则认为障碍物3米内。于是单片机向语音芯片发送启动信号，语音芯片发出报警的音乐，时间持续2秒钟。然后回到第2步8，如果单片机在定时的18ms内，没有接收到来自电压比较器的高电平，则系统进入休眠状态，全部电路停止工作。再过18ms，回到第2步。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种超声波防撞报警拐杖，包括杆状拐杖，其特征在于，在该拐杖的上部安装了超声波探测报警装置。
2.根据权利要求1所述的超声波防撞报警拐杖，其特征在于，所述的超声波探测报警装置包括电源，与该电源相连接的单片机，与该单片机相连接且安装在拐杖上部前端的超声波发射探头、接收探头及中间处理电路，与该超声波接收探头相连接的选频电路、放大电路和比较电路，与单片机相连接的报警器。
3.根据权利要求2所述的超声波防撞报警拐杖，其特征在于，选频电路由一个电容和一个电感并联而成，选频电路接在超声波接收探头和放大电路之间，使只有发射信号才能被系统识别。
4.根据权利要求2所述的超声波防撞报警拐杖，其特征在于，放大电路是由2个电阻和双运放芯片中的一个运放组成的负反馈放大电路。
5.根据权利要求2所述的超声波防撞报警拐杖，其特征在于，比较电路接在放大电路和单片机之间，它是由接在电源和地间的电位器和双运放芯片中的另一个运放组成的简单比较器。
6.根据权利要求2所述的超声波防撞报警拐杖，其特征在于，电源由与稳压管相连接的干电池提供，7660芯片为负电源。
专利摘要本实用新型公开了一种助盲拐杖，特别是一种结合了电子技术、自动控制技术和超声波技术的超声波防撞报警拐杖。技术方案包括杆状拐杖，在该拐杖的上部安装了超声波探测报警装置；超声波探测报警装置包括电源，与该电源相连接的单片机，与该单片机相连接且安装在拐杖上部前端的超声波发射探头、接收探头及中间处理电路，与该超声波接收探头相连接的选频电路、放大电路和比较电路，与单片机相连接的报警器。本实用新型将超声波测距报警技术用于了盲人的拐杖上，扩展了传统拐杖的功能，增加了水平方向的测距，使得使用者可以通过对本拐杖的原地旋转而获得一个三维平面的信息，能感知到各个方向一定距离内是否有障碍物，所以使用非常方便。
文档编号A61H3/06GK2798911SQ20052001588
公开日2006年7月26日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者戴步云, 刘承兴, 赵宇虹, 戴玮 申请人:中国农业大学