专利名称：导盲器的制作方法
技术领域：
导盲器技术领域[0001]本实用新型涉及盲人行走辅助工具，尤其是涉及一种可探测行道障碍物并根据其 距离发出不同音频警告的导盲器。
背景技术：
[0002]盲人在独自行走时需要依靠导盲装置指引路径和探测障碍物。最简单常用的导盲 装置是手杖，用手杖敲击地面，可帮助盲人发现0. 5米以内的障碍物，导盲手杖廉价赖用， 使用方便，因而应用最为广泛，但它的缺陷也是非常明显的，其主要缺点是不能发现距离较 远的障碍物以及空中突出的障碍物。例如，在相当于头部、胸部高度位置悬挂或突出的物体 就不能被导盲手杖探测到。另外，盲人还可以利用导盲犬带路，但是导盲犬不易训练且成本 较高；市场上也有各种电子导盲装置，但大多价格昂贵。现实中很多盲道周围的状况并不良 好，经常能看到有车停在盲道上、树枝垂落在盲道上空等，这时导盲手杖的使用效果就相当 有限了，而普通盲人家庭难以承受价格高昂的导盲犬、电子导盲装置，因此，开发一种成本 低廉而且导盲效果优良的导盲装置是十分必要的。实用新型内容[0003]本实用新型的目的是解决导盲手杖探测障碍距离短、范围小，普通电子导盲装置 成本较高的问题，为此，本实用新型提供一种导盲器。[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，[0005]导盲器，包括一作为整个导盲器控制中心的单片机，其特征在于，所述单片机上连 接有发射和接收超声波的发射装置与接收装置、可发出不同频率报警声音的声音报警装 置、可改变报警距离范围的报警距离控制器、显示障碍物距离的LED显示器。[0006]所述发射装置包括发射探头、放大电路和超声波发生器，发射探头、放大电路和 超声波发生器顺次连接至单片机；[0007]所述接收装置包括接收探头、信号放大器和音频译码器，接收探头、信号放大器、 音频译码器顺次连接至单片机。[0008]所述声音报警装置包括数据选择器和数字音乐播放器，数据选择器连接于单片 机，数字音乐播放器连接于数据选择器，数据选择器上还连接有语音芯片和功率放大器，功 率放大器上连接有喇叭。[0009]所述报警距离控制器连接于数据选择器。[0010]本技术方案采用超声波探测盲人周围障碍物的距离，其工作原理如图3所示，超 声波测距的测量灵敏度高，穿透力强，测量速度快，测量角度大，可对较大范围内的物体进 行检测。超声波测距采用的是时间差测距法，在超声波发射装置发射出超声波的同时开始 计时，超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收装置收到反射波就立 即停止计时，测出发射和接收到回波的时间差At。由下式可以求出超声波发射地与目标之 间的距离S，[0011]S = VXAt(1)[0012](1)式中ν为超声波的传播速度，常温下超声波在空气中的传播速度是340M/S，传 播速度与空气的温度、湿度等因素有关，本技术方案中由于测量距离不长，精度要求不高， 可不考虑其影响，只要测得超声波发射和接收回波的时间差At，按(1)式计算即可。[0013]本实用新型的有益效果是，采用较低成本的元器件设计制作，且误差较小，完全满 足盲人行走时对障碍指示的需求，具有较高的性价比；简单、性能稳定、使用方便，可安装在 不同的载体上，制作成不同的导盲用具，如导盲手杖、导盲眼镜、导盲背心等，盲人很容易学 会使用；采用了数字音乐播放系统，单一的蜂鸣声十分刺耳，会让盲人在遇到障碍时感到慌 张，或是由于长时间听到蜂鸣声而厌烦，而使用不同频率的音乐作为报警声可以让盲人在 使用时感到舒适。
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；[0015]图2是本实用新型的工作流程框图；[0016]图3是本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
[0017]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。[0018]各元件连接关系如图1所示，单片机采用AT89S51。超声波发射装置由CC7555时 基电路和压电陶瓷传感器UCM40T组成。单片机AT89S51控制CC7555时基电路产生40kHz 频率的信号，由UCM40T发射超声波射向障碍物。超声波的接收探头采用与发射探头配对的 UCM40R，将发射探头发出经反射后的超声波脉冲转变为微弱的交流信号，经过运算放大器 LM358的两级放大后，送至音频译码集成模块LM567。LM567是带锁相环的音频译码器，具有 选频功能，LM567内部的压控振荡器的中心频率f = 1/1. 1RC，当LM567输入信号大于25mV 时，输出端由高电平跳变为低电平，将其作为单片机的中断请求信号，以启动中断服务子程 序。[0019]数据选择器采用74LS153，74LS153是常用的双4选1数据选择器，共16个管脚。 数据选择器利用电阻值的改变调节报警声音量，距离大于4米时不发声，距离为3 4米 时，阻值为IOkQ的电阻与数据选择器相连接，即发出的声音比较微弱，当距离为2 3米 时，与阻值为证Ω的电阻相接，声音变响一些，当距离为1 2米时，接入阻值为IkQ的电 阻，声音比较响亮，当距离小于1米时，与导线相连接，声音达到最响。数据选择器74LS153 上还连接有数字音乐播放器和语音芯片ISD4002，单片机通过数据选择器控制音乐播放器 的播放与停止，改变播放声音的频率。为了放大音乐音量，选择LM386作为本装置的音频功 率放大器，其增益高，功耗小，在各种功率放大设备中得到了广泛应用。[0020]报警距离控制器上设有远距、近距控制按钮，远距、近距控制按钮同时只有一个有 效，由软件控制，都按下时为近距控制按钮有效。音乐声由报警程序控制，对应不同的按钮 及距离，发出不同频率的声音。报警距离控制按键可用来调节报警距离，通电时初始报警 距离为2米，按远距控制按钮可将报警距离设为4米，按近距控制按钮可将报警距离设为1米，报警声音音量为自动调节。[0021]通过单片机来计算发出超声波信号到收到反射超声波信号这段时间的长度，再通 过计算转化为距离，在LED显示器上显示。[0022]导盲器的超声波发射与接收、报警距离范围的控制、声音报警都由单片机控制，上 电后主程序无限循环，初始化后系统设置一系列初始值，包括超声波发射间隔数、定时器定 时初值、报警门限值等，然后读取报警距离控制器的状态，根据其状态对初始设定值进行修 改，初始值报警距离内有障碍物时即驱动数字音乐播放器发出声音，并且随着距离的接近， 不断调整参数，使得声音的频率不断提高，即发出的声音变尖。[0023]导盲器的工作流程如图2所示。程序控制发送0. 2毫秒宽度的超声波，同时启动 定时器T 0计时；为避免接收传感器直接接收到发射的超声波，在发射超声波之后插入一 段延时，由于设置超声波频率为40kHz，超声波常温下在空气中的传播速度是340M/S，计算 可知延时6个脉冲就可以了。延时后启动接收回波程序，等待接收回波，超时(即在设定距 离内无障碍物)即返回前面，若有回波则停止计时，读取时间差，利用公式(1)计算出距离， 然后执行报警程序，根据计算距离结果及设定值比较选择不同参数，驱动喇叭发出不同频 率的声音，距离越近频率越高。最后返回重新开始。[0024]本实用新型提供的导盲器可以放在包中，或安装在帽子上、手杖中。使用时，发射 装置朝探测方向发出超声波，探测范围内有障碍物时，发出的超声波被反射回来，再由接收 装置接收。当物体处于预置的报警距离范围内时，音乐播放器发出音乐声并随着向障碍物 的接近其声音频率逐渐升高，起到警示作用。[0025]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要 求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.导盲器，包括一作为整个导盲器控制中心的单片机，其特征在于，所述单片机上连接 有发射和接收超声波的发射装置与接收装置、可发出不同频率报警声音的声音报警装置、 可改变报警距离范围的报警距离控制器。
2.根据权利要求1所述的导盲器，其特征在于，所述发射装置包括发射探头、放大电路和超声波发生器，发射探头、放大电路和超声 波发生器顺次连接至单片机；所述接收装置包括接收探头、信号放大器和音频译码器，接收探头、信号放大器、音频 译码器顺次连接至单片机。
3.根据权利要求1所述的导盲器，其特征在于，所述声音报警装置包括数据选择器和 数字音乐播放器，数据选择器连接于单片机，数字音乐播放器连接于数据选择器，数据选择 器上还连接有语音芯片和功率放大器，功率放大器上连接有喇叭。
4.根据权利要求1所述的导盲器，其特征在于，所述报警距离控制器连接于数据选择ο
5.根据权利要求1所述的导盲器，其特征在于，所述单片机上还连接有显示障碍物距 离的LED显示器。
专利摘要导盲器，包括一作为整个导盲器控制中心的单片机，其特征在于，所述单片机上连接有发射和接收超声波的发射装置与接收装置、可发出不同频率报警声音的声音报警装置、可改变报警距离范围的报警距离控制器。发射装置朝探测方向发出超声波，探测范围内有障碍物时，发出的超声波被反射回来，再由接收装置接收。当物体处于预置的报警距离范围内时，声音报警装置发出音乐声并随着向障碍物的接近其声音频率逐渐升高，起到警示作用。
文档编号A61H3/06GK201814797SQ201020568528
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者朱人杰, 王宏超 申请人:上海海事大学