一种基于超声波测距的智能导盲杖的制作方法

1.本实用新型涉及导盲杖技术领域，尤其涉及一种基于超声波测距的智能导盲杖。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.导盲杖是一种能够在盲人外出使用时起到安全警示作用的工具，帮助盲人出行。传统的导盲杖，需要使用者在地上不断的敲击，获得大致的路况及前方小范围内有无障碍物，但它不能发现较远一点的障碍物，同时也不具备提醒路人避让的功能。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于超声波测距的智能导盲杖，通过设置声光报警模块具备提醒路人避让功能。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.第一方面，提出了一种基于超声波测距的智能导盲杖，包括：相连接的手杖杆和手柄，在手杖杆上设置超声波探测器、照度测量模块、语音播报模块、声光报警模块、温度测量模块和时钟模块，超声波探测器、照度测量模块、语音播报模块、声光报警模块、温度测量模块和时钟模块均与控制器连接。
7.进一步的，手杖杆为空心结构，温度测量模块、时钟模块和控制器均安装于手杖杆的空心结构内，超声波探测器、照度测量模块、语音播报模块和声光报警模块均安装于手杖杆上，并露于手杖杆外部。
8.进一步的，手杖杆上设置通风散热孔。
9.进一步的，照度测量模块的外部设置聂耳透镜。
10.进一步的，超声波探测器为两个，分别为：安装于手杖杆上部的第一超声波探测器和安装于手杖杆下部的第二超声波探测器。
11.进一步的，声光报警模块包括报警灯和报警器。
12.进一步的，报警器位于第一超声波探测器的上方，照度测量模块位于报警器的上方，报警灯和语音播报模块位于第一超声波探测器和第二超声波探测器之间。
13.进一步的，报警灯采用led灯，led灯数量为一个或多个。
14.进一步的，控制器与电源模块连接，控制器与电源模块之间设置第一开关，第一开关位于手柄上。
15.进一步的，超声波探测器通过超声波发射电路和超声波接收电路与控制器连接。
16.进一步的，超声波发射电路包括第一反向电路和第二反向电路，第一反向电路包括反相器u3a、u3b、u3c，u3b与u3c并联，u3b与u3c的并联输入端与u3a的输出端连接；第二方向电路包括相并联的反相器u3d和u3e，u3d和u3e的并联输入端与u3a的输入端连接形成超声波发射电路的输入端，u3d和u3e的并联输出端与u3b与u3c的并联输出端形成超声波发射
电路的输出端，控制器与超声波发射电路的输入端连接，超声波探测器的发射探头与超声波发射电路的输出端连接。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
18.1、本实用新型在手柄杖的上部和下部分别设置了超声波探测器，因此无论是低矮的还是高大的建筑物均能测出，大大提高使用者躲避障碍物的能力。
19.2、本实用新型设置了照度传感器，从而能够对环境照度进行测量，使得声光报警模块能够根据测量的环境照度发出声报警或声光报警，提醒旁边的路人及时避让，提高了盲人在黑暗环境下行走时的安全性，且节约用电。
20.本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
22.图1为本实用新型实施例公开的智能导盲杖整体结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例公开的智能导盲杖整体结构框图；
24.图3为本实用新型实施例公开的主控电路原理图；
25.图4为本实用新型实施例公开的超声波发射电路原理图；
26.图5为本实用新型实施例公开的超声波接收电路原理图；
27.图6为本实用新型实施例公开的温度测量电路原理图；
28.图7为本实用新型实施例公开的照度测量电路原理图；
29.图8为本实用新型实施例公开的声光报警电路原理图；
30.图9为本实用新型实施例公开的实时时钟电路原理图；
31.图10为本实用新型实施例公开的语音播报电路原理图。
32.其中：1、手柄，2、手杖杆，3、船型开关，4、语音播报按钮，5、照度传感器，6、蜂鸣器，7、第一超声波探测器，8、led灯，9、语音播报模块，10、第二超声波探测器，11、主控制电路板，12、锂电池，13、主控模块。
具体实施方式：
33.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。
37.本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
38.实施例1
39.在该实施例中，公开了一种基于超声波测距的智能导盲杖，如图1、图2和图3所示，包括：相连接的手柄1和手杖杆2，在手杖杆2上设置超声波模块、温度采集模块、语音播报模块、声光报警模块、照度采集模块、时钟模块、电源模块和控制器。
40.超声波模块、温度采集模块、语音播报模块、声光报警模块、照度采集模块、时钟模块均与控制器连接。
41.控制器采用atmega 16单片机，atmega 16单片机的5引脚vcc、17引脚vcc、27引脚avcc和38引脚vcc接3.3v电源，29引脚aref经电容c3接地。
42.在具体实施时，超声波模块包括安装于手杖杆2上部的上部超声波模块和安装于手杖杆2下部的下部超声波模块，通过上部超声波模块探测高大障碍物，利用下部超声波模块探测低矮障碍物，使得无论是低矮的还是高大的建筑物均能测出，提高使用者躲避障碍物的能力。
43.每个超声波模块均包括超声波探测器、超声波发射电路和超声波接收电路，超声波发射电路的输出端与超声波探测器的发射探头连接，超声波发射电路的输入端与控制器连接，超声波接收电路的一端与超声波探测器的接收探头连接，另一端与控制器连接。
44.超声波探测器采用tct40-16r超声波传感器，tct40-16r超声波传感器采用+5v供电，上部超声波模块中的超声波探测器为第一超声波探测器，下部超声波模块中的超声波探测器为第二超声波探测器，手杖杆2为空心结构，将第一超声波探测器7安装于手杖杆2的上部，将第二超声波探测器10安装于手杖杆2的下部，两个超声波探测器均露于手杖杆2的外部，在具体实施时，将两个超声波探测器分别安装在距离手杖杆底部15公分及80公分位置处。
45.超声波发射电路如图4所示，包括第一反向电路和第二反向电路，第一反向电路包括反相器u3a、u3b、u3c，u3b与u3c并联，u3b与u3c的并联输入端与u3a的输出端连接；第二反向电路包括相并联的反相器u3d和u3e，u3d和u3e的并联输入端与u3a的输入端连接形成超声波发射电路的输入端，u3d和u3e的并联输出端与u3b与u3c的并联输出端形成超声波发射电路的输出端，控制器的19引脚pco与超声波发射电路的输入端连接，超声波探测器的发射探头与超声波发射电路的输出端连接。
46.通过第一反向电路和第二反向电路并联，使加载到超声波发射探头的电压为供电电压的两倍，提高了驱动能力。
47.在第一反向电路与发射探头之间添加上拉电阻r14，在第二反向电路与发射探头之间添加上拉电阻r21，在提高驱动能力的基础上，增强超声波换能器的阻尼效果，有效缩短其自由震荡时间。
48.超声波接收电路如图5所示，采用upc1490ha芯片，该芯片集成度高，内含前置放大、限幅、滤波、检波、积分、整形电路，抗干扰能力极强，同时具有很高的灵敏度。将超声波探测器的接收探头与upc1490ha芯片的1引脚in和2引脚c1连接，在2引脚c1与接收探头之间依次串联电阻r19和检波电容e1，在1引脚in与接收探头的连接电路与检波电容e1之间串联电容c12，upc1490ha芯片的7引脚与atmega 16单片机的12引脚pd3连接，upc1490ha芯片的3引脚c2、4引脚gnd、5引脚f0、6引脚c3均与5v电源连接，且3引脚c2与5v电源之间连接检波电容e2，5引脚f0与5v电源之间连接电阻r24、6引脚c3与5v电源之间连接积分电容c17，5v电源串联电容c18后接地，upc1490ha芯片的8引脚vcc与5v电源连接，且在7引脚与atmega 16单片机的12引脚pd3连接电路与8引脚与5v电源连接电路之间串联上拉电阻r25。通过接收探头将机械信号转换为电信号，电信号由1引脚输入至upc1490ha芯片中进行放大、限幅、滤波后由7引脚输出，由于7引脚为集电极开路输出方式，因此需在该引脚上加一上拉电阻r25，当该芯片接收到与其中心频率相符的超声波时，7引脚产生一下降沿，触发atmega 16单片机的外部中断。改变电阻r24的大小即可改变带通滤波器的中心频率。
49.温度采集模块采用温度传感器，温度传感器与控制器连接。
50.在具体实施时，温度传感器采用温度传感器ds18b20，如图6所示，温度传感器ds18b20采用+5v供电，其1引脚gnd直接接地，2引脚dq经电阻r7与+5v连接进行上拉，上拉后的dq引脚与atmega 16单片机的10引脚pd1连接，实现对温度的测量，在具体实施时，r7电阻为4.7k。温度传感器ds18b20体积小巧；供电电压范围宽，在实际应用中更加灵活；性能稳定，适合在恶劣环境中使用；可编程输出9～12位的数字量，测量精度高。
51.照度采集模块采用照度传感器5，在具体实施时，照度传感器5采用照度传感器bh1750fvi，照度传感器bh1750fvi采用+3.3v供电，有i2cbus接口，内含16位ad转换器，直接输出对应光照强度的数字值，光源依赖性弱，抗干扰能力强，基本不受红外线影响，外围电路简单无需其他外部部件，探测的光强度范围大，如图7所示，照度传感器bh1750fvi的2引脚addr、3引脚gnd均接地，4引脚sda、5引脚dvi、6引脚sck分别与atmega 16单片机的16引脚pd7、15引脚pd6、14引脚pd5连接。
52.声光报警模块包括报警灯和报警器，报警灯采用led灯8，报警器采用蜂鸣器6，如图8所示，报警灯和报警器均通过三极管与atmega16单片机连接，三极管兼具开关及放大的作用。
53.通过照度传感器5测量的环境照度，控制由报警器报警还是由报警灯和报警器同时报警。
54.当障碍物进入报警范围，且照度传感器5监测的照度不小于10lx时，控制器仅控制报警器进行声报警，当障碍物进入报警范围但照度小于10lx时，报警器和报警灯同时报警，实现声光报警。
55.led灯8数量为多个，多个led灯均布置于手杖杆2上，本实施例公开的智能导盲杖设置不同的报警级别，离障碍物越近，报警器报警越尖锐，点亮的led灯数目越多。
56.时钟模块采用时钟芯片，将时钟芯片与控制器连接，实现对时间的采集，在具体实施时，时钟芯片采用ds1302时钟芯片，时钟芯片采用+3.3v电源供电，如图9所示，ds1302时钟芯片的4引脚gnd接地，2引脚x1、3引脚x2接外部晶振，该外部晶振为32.768khz，5引脚rest、7引脚sclk和6引脚i/o分别与atmega 16单片机的26引脚pc7、25引脚pc6、20引脚pc1
连接。时钟芯片在正常通电情况下由5v电源供电，当5v电源断电时，由备用电源bt1供电，从而保证时钟的准确性。
57.语音播报模块采用isd1420语音芯片，如图10所示，isd1420语音芯片与控制器连接，具体的为：isd1420语音芯片的26引脚xclk、13引脚vssa、12引脚vssd接地，16引脚vcca、28引脚vccd接+5v电源，1引脚a0、2引脚a1、3引脚a2、4引脚a3、5引脚a4、6引脚a5、9引脚a6、10引脚a7、24引脚playe、和23引脚playl分别与atmega 16单片机的37引脚pao、36引脚pa1、35引脚pa2、34引脚pa3、33引脚pa4、32引脚pa5、31引脚pa6、30引脚pa7、11引脚pd2和13引脚pd4连接，并在isd1420语音芯片的15引脚sp+与14引脚sp-之间连接音频放大器lm386，音频放大器lm386与扬声器连接，音频放大器采用+5v供电，其4引脚gnd接地，3引脚+input、2引脚-input脚接分别与语音芯片的14引脚sp-、15引脚sp+连接，5引脚out连接扬声器。通过语音播报模块播放温度和时间，给用户带来了极大的方便。
58.其中，将语音播报模块通过pcb电路板上的铜导线与第二开关连接，第二开关采用按钮开关4，通过按钮开关4控制语音播报模块进行语音播报，为了方便操作，按钮开关4安装于手柄1上。
59.在具体实施时，led灯为红色led灯，数量为8个，照度传感器、蜂鸣器、led灯和语音播报模块均安装于手杖杆2上，并露于手杖杆2外部，其中，蜂鸣器6安装于第一超声探测器7的上方，照度传感器5位于蜂鸣器6的上方，在手杖杆安装第一超声波探测器7处的下方开8个安装孔，8个led灯分别从8个安装孔内伸出，当led灯亮时警示路人，在led灯的下方安装语音播报模块，在语音播报模块的下方，第二超声波探测器10位于语音播报模块的下方。为了保证照度测量结果的准确性，在照度传感器5的外部安装聂耳透镜，使光能够充分通过聂耳透镜到达照度传感器5，保证照度检测的准确性。
60.本实施例公开的智能导盲杖，将温度测量模块、控制器和电源电路均集成在主控制电路板11上，将主控制电路板安装于手杖杆2的空心结构内，为了保证测量温度的准确性及电路板的散热效果，在手杖杆2上开设通风散热孔，通风散热孔位于主控制电路板的周围，以便于温度测量模块对环境温度的测量，及主控制电路板的散热。
61.电源模块采用可充电的锂电池12，锂电池12设置于手杖杆2的外部，以便于充电，通过锂电池12为控制器、超声波模块、温度采集模块、语音播报模块、声光报警模块、照度采集模块和时钟模块供电。在电源模块与控制器之间设置第一开关，通过第一开关控制电源的通断，第一开关采用船型开关3，为了方便操作，船型开关3设置于手柄1上。
62.本实施例公开的一种基于超声波测距的智能导盲杖，通过在手杖杆的上下部位均设置超声波探测器，实现了对高矮障碍物的检测，提高了障碍物检测的准确性，提高使用者躲避障碍物的能力，通过设置声光报警模块和照度检测模块，进而在检测到障碍物时，能够根据照度检测模块检测的环境照度控制声光报警模块发出声光报警还是声报警，在获取前方有障碍物信息的同时，提醒旁边的路人及时避让，提高了用户在黑暗环境下行走时的安全性，且分为不同的报警等级，有效保证了使用者的安全；设置温度检测模块、时钟模块和语音播报模块，能够方便用户了解当前的环境温度及时间，使用更方便，手杖杆采用中空结构，重量轻，将温度检测模块、时钟模块和控制器集成在主控制电路板上，安装于手杖杆的空心结构内部，使系统性能稳定，使用寿命长；在手柄上设置控制电源通断的船型开关，方便操作，节约电能。
63.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
64.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。