专利名称：超声波智能导盲装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于帮助盲人探测道路障碍物的装置，属检测技术领域。
背景技术：
盲人在独自行走时需要使用导盲器具。手杖是目前最常用的导盲工具，盲人用它敲击地面，可发现身旁的障碍物。手杖导盲存在的缺点是探测速度慢、可靠性差，不能发现较远一点的地面障碍物以及空中悬挂或突出的障碍物，而且需要占用盲人一只手长时间操作手杖，使用非常不方便。为了更好地帮助盲人行走，人们研制了导盲机器人及其它电子导盲装置，但现有的电子导盲装置成本较高，用户难以接受。此外，有的盲人利用导盲犬带路，但导盲犬训练成本高、周期长，而且容易发生事故。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、成本低廉、操作方便、可迅速探明多方位障碍物的超声波智能导盲装置。本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的一种超声波智能导盲装置，构成中包括单片机、超声波发射电路、回波接收电路、 按钮电路和音频报警电路，所述超声波发射电路由四个超声发射单元组成，发射方向分别指向使用者的正前方、前下方、左前方和右前方，它们的输入端接单片机的输出端口 ；所述回波接收电路由四个回波接收单元组成，接收方向分别对应四个超声发射单元的发射方向，它们的输出端接单片机的输入端口 ；所述按钮电路的输出端接单片机的输入端口 ；所述音频报警电路的输入端接单片机的输出端口。上述超声波智能导盲装置，所述超声发射单元由超声发射探头、六个反相器和两个电容组成，第一反相器的输入端接单片机的输出端口，输出端接第二反相器的输入端；第三反相器和第四反相器并联连接，它们的输入端接第二反相器的输出端，输出端经第一电容接超声发射探头的一个输入端；第五反相器和第六反相器并联连接，它们的输入端接第一反相器的输出端，输出端经第二电容接超声发射探头的另一个输入端。上述超声波智能导盲装置，所述回波接收单元由超声接收探头、两个运算放大器、 比较器、电阻和电容组成，第一运算放大器的反相输入端依次经第一电阻和第三电容接超声接收探头的一个输出端，并经并联连接的第二电阻和第四电容接输出端，第三电阻和第四电阻串接成分压电路后接直流电源，它们串接点的输出电压经第五电容滤波后接两个运算放大器的同相输入端；第二运算放大器的反相输入端依次经第五电阻和第六电容接第一运算放大器的输出端，并经并联连接的第六电阻和第七电容接输出端，输出端接比较器的 IN+输入端，比较器的IN-输入端接参考电压，输出端接单片机的输入端口。上述超声波智能导盲装置，构成中还包括测量模式选择电路，所述测量模式选择电路的构成中包括五个电阻和一个电位器，第八电阻和第九电阻串联连接，第十电阻和第十一电阻串联连接，第十二电阻和电位器串联连接，第八电阻和第九电阻的串接点、第十电阻和第十一电阻的串接点以及电位器的滑动端输出的参考电压经跳线接四个回波接收单元内比较器的IN-输入端。上述超声波智能导盲装置，所述按钮电路由按钮和第七电阻组成，所述按钮一端接直流电源正极，一端接单片机的输入端口，第七电阻是按钮与单片机连接端的下拉电阻。上述超声波智能导盲装置，所述音频报警电路由音频放大器和扬声器组成，所述音频放大器的信号输入端接单片机的输出端口，输出端驱动扬声器。本实用新型利用超声波探测盲人正前方、前下方、左前方和右前方的障碍物，不仅能发现地面上的障碍物，也能发现空中悬挂或突出的障碍物，而且探测距离远、速度快，探测结果以语音形式告知使用者。本装置结构简单、成本低廉，具有较高的可靠性且不用长时间操作，只需直接固定在盲人身上即可工作，使用非常方便，可确保盲人的行走安全。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的电原理框图；图2是电原理图；图3是超声波发射电路的电原理图；图4是回波接收电路的电原理图；图5是程序流程框图。图中各标号为U1A U1F、反相器；U2、单片机；U3、比较器；T_l、T_2、T_3、T-4、超声发射单元出_1、1 -2、1 -3、1 -4、回波接收单元；F1、F2、运算放大器；FD、音频放大器；SP、 扬声器；US1、超声发射探头；US2、超声接收探头；Key、按钮；J、跳线；Rl R12、电阻；Cl C7、电容。
具体实施方式
参看图2，四个超声发射单元T-I、T-2、T-3、T_4与四个回波接收单元R_1、R_2、 R-3、R-4组成四个测距模组T-1与R-I构成测距模组1，用于测量左前方障碍物；Τ-2与 R-2构成测距模组2，用于测量前方障碍物；Τ-3与R-3构成测距模组3，用于测量右前方障碍物；Τ-4与R-4构成测距模组4，用于测量前下方障碍物。跳线J用于选择三种测距模式(短距、中距、可调距) 短距(跳线J的3、4脚联通):20cm IOOcm左右(根据被测物表面材料决定)，精度 Icm ；中距(跳线J的5、6脚联通):70cm 400cm左右(根据被测物表面材料决定)；可调(跳线J的1、2脚联通)范围由可调节参数确定，当调节在合适的值时，最远测距700cm左右；不同测距模式的选择只需改变跳线J的连接方法即可。本装置的工作原理按下按钮key键，装置进入工作状态，单片机U2通过I0B9向超声发射单元T_2、 Τ-4发送测距信号，Τ-2、Τ-4发射超声波，回波接收单元R-2接收超声发射单元Τ-2所发射超声波的反射波，并将接收到的超声波信号转换成电信号后送到单片机U2的Ι0Β2端口，回波接收单元R-4接收超声发射单元T-4所发射超声波的反射波，并将接收到的超声波信号转换成电信号后送到单片机U2的I0B3端口，单片机U2中的处理程序通过处理这些信号判断盲人前方是否有空中悬挂或突出的障碍物以及地面障碍物，并通过音频报警电路向使用者输出语音信息。单片机U2通过I0B8向超声发射单元T_l、Τ_3发送测距信号，T_l、Τ_3发射超声波，回波接收单元R-I接收超声发射单元T-I所发射超声波的反射波，并将接收到的超声波信号转换成电信号后送到单片机U2的Ι0Β2端口，回波接收单元R-3接收超声发射单元Τ-3 所发射超声波的反射波，并将接收到的超声波信号转换成电信号后送到单片机U2的Ι0Β3 端口，单片机U2中的处理程序通过处理这些信号判断盲人左前方和右前方是否有障碍物， 并通过音频报警电路向使用者输出语音信息。本实用新型基本特性与参数指标超声探头谐振频率40ΚΗζ ；模组传感器工作电压4. 5V 9V ；模组接口电压4. 5V 5. 5V。提供给模组的电源必须在4. 5V以上，而且尽量保持电源电压的稳定。模组工作的性能与被测物表面材料有很大关系，如毛料、布料对超声波的反射率很小，会严重影响测量结果。参看图3，六个反相器采用⑶4049，由单片机U2产生的40KHz的方波送到UlA的输入端，而后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理，以使超声发射探头USl产生谐振。参看图4，两个运算放大器采用NE5532，由它们构成10000倍放大器，对接收到的信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的IN-管脚的输入，可由跳线J选择不同的比较电压以选择不同的测距模式。
权利要求1.一种超声波智能导盲装置，其特征是，它包括单片机(U2)、超声波发射电路、回波接收电路、按钮电路和音频报警电路，所述超声波发射电路由四个超声发射单元组成，发射方向分别指向使用者的正前方、前下方、左前方和右前方，它们的输入端接单片机(U2)的输出端口 ；所述回波接收电路由四个回波接收单元组成，接收方向分别对应四个超声发射单元的发射方向，它们的输出端接单片机(U2)的输入端口 ；所述按钮电路的输出端接单片机 (U2)的输入端口 ；单片机(U2)的输出端口连接音频报警电路的输入端；所述四个超声发射单元与四个回波接收单元组成四个测距模组。
2.根据权利要求1所述超声波智能导盲装置，其特征是，所述超声发射单元由超声发射探头(US1)、六个反相器和两个电容组成，第一反相器(UlA)的输入端接单片机(U2)的输出端口，输出端接第二反相器(UlB)的输入端；第三反相器(UlC)和第四反相器(UlD)并联连接，它们的输入端接第二反相器(UlB)的输出端，输出端经第一电容(Cl)接超声发射探头(USl)的一个输入端；第五反相器(UlE)和第六反相器(UlF)并联连接，它们的输入端接第一反相器(UlA)的输出端，输出端经第二电容(C2)接超声发射探头(USl)的另一个输入端。
3.根据权利要求1或2所述超声波智能导盲装置，其特征是，所述回波接收单元由超声接收探头(US2)、两个运算放大器、比较器(U3)、电阻和电容组成，第一运算放大器(Fl)的反相输入端依次经第一电阻(Rl)和第三电容(C3)接超声接收探头(US2)的一个输出端，并经并联连接的第二电阻(R2)和第四电容(C4)接输出端，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串接成分压电路后接直流电源，它们串接点的输出电压经第五电容(C5)滤波后接两个运算放大器的同相输入端；第二运算放大器(F2)的反相输入端依次经第五电阻(R5)和第六电容 (C6)接第一运算放大器(Fl)的输出端，并经并联连接的第六电阻(R6)和第七电容(C7)接输出端，输出端接比较器(U3)的IN+输入端，比较器(U3)的IN-输入端接参考电压，输出端接单片机(U2)的输入端口。
4.根据权利要求3所述超声波智能导盲装置，其特征是，构成中还包括测量模式选择电路，所述测量模式选择电路的构成中包括五个电阻和一个电位器(W)，第八电阻(R8)和第九电阻(R9)串联连接，第十电阻(RlO)和第i^一电阻(Rll)串联连接，第十二电阻(R12) 和电位器(W)串联连接，第八电阻(R8)和第九电阻(R9)的串接点、第十电阻(RlO)和第十一电阻(Rll)的串接点以及电位器(W)的滑动端输出的参考电压经跳线(J)接四个回波接收单元内比较器(U3)的IN-输入端。
5.根据权利要求4所述超声波智能导盲装置，其特征是，所述按钮电路由按钮(Key)和第七电阻组成，所述按钮(Key) —端接直流电源正极，一端接单片机(U2)的输入端口，第七电阻(R7)是按钮(Key)与单片机(U2)连接端的下拉电阻。
6.根据权利要求5所述超声波智能导盲装置，其特征是，所述音频报警电路由音频放大器(FD)和扬声器(SP)组成，所述音频放大器(FD)的信号输入端接单片机(U2)的输出端口，输出端驱动扬声器(SP)。
专利摘要一种超声波智能导盲装置，它包括单片机、超声波发射电路、回波接收电路、按钮电路和音频报警电路，所述超声波发射电路由四个超声发射单元组成，发射方向分别指向使用者的正前方、前下方、左前方和右前方，它们的输入端接单片机的输出端口；所述回波接收电路由四个回波接收单元组成，接收方向分别对应四个超声发射单元的发射方向，它们的输出端接单片机的输入端口；所述按钮电路的输出端接单片机的输入端口；所述音频报警电路的输入端接单片机的输出端口。本实用新型结构简单、成本低廉、操作方便，能发现地面及空中悬挂或突出的障碍物，而且探测距离远、速度快，可靠性高，可确保盲人的行走安全。
文档编号A61H3/06GK201959194SQ20112004536
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者刘彦华, 尹瑞, 尼俊红, 明镜, 林鹏, 王炳谦, 罗程 申请人:华北电力大学(保定)