CN101303233A - 一种导盲磁电子罗盘 - Google Patents

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Abstract

一种导盲磁电子罗盘，涉及方向测量和导盲技术。本发明利用地磁传感器测量地磁场水平分量，经模数转换器后送入微处理器，在微处理器内通过计算得到地磁方位角，将地磁方位角与存放在存储器中的磁偏角数据相加得到相对于真北的方向数据；将测得的0～360度方向角度信息按照8个区间划分，转换为便于理解的“北偏东X度”、“东偏北X度”、“正东”等的形式，并采用语音提示输出。本发明所提出的方向测量与语音提示装置可实现方向的准确判定功能，同时还具备地磁场异常提示功能，可以方便使用者准确判定提供信息的可信度，不仅适于盲人使用，也可供普通人进行户外活动时使用。

Description

一种导盲磁电子罗盘
技术领域
本发明涉及方向测量和导盲技术，具体涉及一种利用地磁场实现方向测量并进行语音提示的装置。
背景技术
盲人由于自身视力障碍，无法辨别方向(东西南北)，给出行和生活带来极大不便。申请号为2006100060154.5的中国发明专利“一种方向导盲方法及其装置”提出了一种由电子指南针、比较器、指定方向存储器和报警装置组成的导盲装置。该发明提供的方向导盲装置通过将当前电子指南针指示方向或远程传送来的方向设定信号设定为指定行走方向。当行走方向与指定方向相差超出限定范围时，发出“滴”、“滴”、“滴”、“滴”连续报警。上述装置仅在行走方向与指定方向相差超出限定范围时发出报警，而不具有提供确切的方向指示功能。
发明内容
本发明提出的导盲磁电子罗盘利用地磁测量传感器测量地磁场水平分量，经模数转换器将地磁场水平分量转换为数字量，微处理器采集相应的数字量并通过运算得到方向信息，最后将方向信息经行走方向语音提示装置输出，不仅能够提供确切的方向指示，而且具有语音提示输出功能，为盲人提供更为方便的指示服务。
本发明所涉及的导盲磁电子罗盘主要由以下几部分组成：地磁测量传感器、包含模数转换器的微处理器系统、行走方向语音提示装置、电源、电源开关、按键。微处理器是整个装置的核心，由微处理器进行运算、处理；地磁测量传感器测量所处位置的地磁场水平分量(分前向、右向两个分量)；通过单片的或集成在微处理器上的模数转换器将所测地磁场水平分量转换为数字量，微处理器采集模数转换器输出的数字量并通过一系列的计算得到地磁方位角，将地磁方位角与存放在存储器中的磁偏角数据相加得到相对于真北的方向数据；将测得的0～360度方向角度信息转换为便于理解的语音提示方式输出。
地磁测量传感器可以使用磁通门传感器、各向异性磁阻传感器、霍尔传感器等磁场测量传感器中的一种。
微处理器采集模数转换器输出的数字量并通过一系列的计算得到地磁方位角，是将微处理器采集模数转换器输出的数字量后，首先减去地磁场水平分量中的零点失调即外磁场为零时磁场测量传感器的输出值，然后对前向磁场传感器和右向磁场传感器的灵敏度进行调整以保证两者一致，再根据处理后的前向磁场传感器和右向磁场传感器的输出值求反正切得到地磁方位角。将地磁方位角与存放在存储器中的磁偏角数据相加得到相对于真北的方向数据。
将测得的0～360度方向角度信息按照8个区间划分，每个区间45度，转换为便于人们理解的“北偏东”、“东偏北”、“东偏南”、“南偏东”、“南偏西”、“西偏南”、“西偏北”、“北偏西”多少度，如“北偏东X度”、“东偏北X度”、“正东”等形式。然后在微处理器的控制下实现语音拼装，得到诸如“北”、“偏”、“东”、“二”、“十”、“三”、“度”的语音提示输出。
为了既实现高分辨率的方向提示输出功能，同时又节约语音芯片的资源，语音拼装是在语音芯片上存储诸如“东”、“西”、“南”、“北”、“偏”、“十”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“正”等单字发音。用“X”、“Y”代表“东”、“西”、“南”、“北”四个方向中相邻的两个方向。当得到“X偏Y多少度”的信息后，通过调用相应的单字发音实现行走方向的语音提示输出功能。当方向数据为0±1°、90±1°、180±1°、270±1°时，语音提示为“正北”、“正东”、“正南”、“正西”。
通过单片的或集成在微处理器上的模数转换器将地磁场水平分量中的前向分量和右向分量转换为数字量，微处理器采集相应的数字量并通过运算得到方向信息，最后将方向信息经行走方向语音提示装置输出。
为了降低整个装置的功耗，平时整个装置工作在低功耗运行模式下。当使用者按下语音提示按钮时，系统启动测量程序，测得方向并采用语音方式输出。
本发明具备地磁场异常提示功能，当处于地磁场异常区域时，将根据地磁场水平分量测量值判断异常程度，并根据异常程度发出地磁异常语音报警。
此装置不仅适于盲人使用，也可供普通人进行户外活动时使用。在日常生产、生活中都离不开方向判定问题，但在恶劣环境如黑暗、浓烟、雨雾天气、复杂地形等条件下，很难通过人自身感官实现方向的准确判定，本发明所提出的方向测量与语音提示装置可实现方向的准确判定功能。另外本装置还具备地磁场异常提示功能，以便让使用者准确判定提供信息的可信度。
附图说明
附图1是本发明提供的导盲磁电子罗盘的原理框图。
图1中，1为地磁测量传感器，完成地磁场水平分量的测量；2为包含模数转换器的微处理器系统，实现模数转换、运算、处理等功能；3为行走方向语音提示装置；4为电源(池)；5为电源开关；6为按键，用于输入操作命令。
具体实施方式
如图1所示，本发明所涉及的导盲磁电子罗盘主要由以下几部分组成：地磁测量传感器、包含模数转换器的微处理器系统、行走方向语音提示装置、电源、电源开关、按键。该导盲磁电子罗盘采用电池供电，安装的3节电池向整个装置的各个部分供电。电源的通断通过开关来控制，使用时按下开关接通电源。地磁测量传感器负责地磁场水平分量的测量，所采用的微处理器(C8051F005)带有12位模数转换器，模数转换器将地磁场水平分量中的前向分量和右向分量转换为数字量，微处理器采集相应的数字量并通过运算得到方向信息，最后将方向信息经行走方向语音提示装置输出。
本发明使用双轴各向异性磁阻传感器测量所处位置的地磁场水平分量，通过模数转换器将所测地磁场水平分量转换为数字量。
微处理器采集模数转换器输出的数字量后，首先减去地磁场水平分量中的零点失调即外磁场为零时磁场测量传感器的输出值，然后对前向磁场传感器和右向磁场传感器的灵敏度进行调整以保证两者一致，再根据处理后的前向磁场传感器和右向磁场传感器的输出值求反正切得到地磁方位角。将地磁方位角与存放在存储器中的磁偏角数据相加得到相对于真北的方向数据。磁场传感器的零点失调、灵敏度调整值、磁偏角数据均在初始校准过程中作为特征数据装入微处理器中。
将测得的方向数据转化为便于人们理解的“北偏东”、“东偏北”、“东偏南”、“南偏东”、“南偏西”、“西偏南”、“西偏北”、“北偏西”多少度。即将一个圆周360度的范围分成8个区间，每个区间45度。然后在微处理器的控制下实现语音拼装，得到诸如“北”、“偏”、“东”、“二”、“十”、“三”、“度”的语音提示输出。
为了既实现高分辨率的方向提示输出功能，同时又节约语音芯片的资源，语音提示输出通过拼装来实现。即在语音芯片上存储诸如“东”、“西”、“南”、“北”、“偏”、“十”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“正”等单字发音。当得到“X偏Y多少度”的信息后，通过调用相应的单字发音实现行走方向的语音提示输出功能。此处“X”、“Y”代表“东”、“西”、“南”、“北”四个方向两个相邻的方向。当方向数据为0±1°、90±1°、180±1°、270±1°时，语音提示为“正北”、“正东”、“正南”、“正西”。
为了降低整个装置的功耗，平时整个装置工作在低功耗运行模式下。当使用者按下语音提示按钮时，系统启动测量程序，测得方向并采用语音方式输出。
使用时可以将导盲磁电子罗盘安装在由非铁磁材料制成的拐杖上。使用前，先开启电源开关。当使用者使用时，首先保证导盲磁电子罗盘基本保持水平，然后按下测量按键，约1秒后即可听到方向提示语音输出。如果所处位置地磁场异常，则会根据地磁异常程度分级发出地磁场异常提示。地磁场异常提示分为“磁场异常”(方向数据可信度下降)、“磁场严重异常”(方向数据错误)。

Claims (7)

1、一种导盲磁电子罗盘，其特征在于，包括地磁测量传感器(1)、包含模数转换器的微处理器系统(2)、行走方向语音提示装置(3)，由微处理器进行运算、处理，地磁测量传感器测量所处位置地磁场水平分量中的前向分量和右向分量；通过单片的或集成在微处理器上的模数转换器将所测地磁场水平分量转换为数字量，并通过一系列的计算得到地磁方位角，将地磁方位角与存放在存储器中的磁偏角数据相加得到相对于真北的方向数据；将测得的0～360度方向角度信息转换为便于理解语音提示方式输出。
2、如权利要求1所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，地磁测量传感器为磁通门传感器、各向异性磁阻传感器、霍尔传感器中的一种。
3、如权利要求1所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，微处理器采集经模数转换器转换为数字量的地磁场前向分量、右向分量的水平分量，经零点失调调整、灵敏度调整后，求取反正切得到地磁方位角。
4、如权利要求1所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，将测得的0～360度方向角度信息按照8个区间划分，每个区间45度，将方向数据转化为便于人们理解的“北偏东”、“东偏北”、“东偏南”、“南偏东”、“南偏西”、“西偏南”、“西偏北”、“北偏西”多少度。
5、如权利要求1所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，语音提示方式输出是在微处理器的控制下实现语音拼装。
6、如权利要求5所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，语音拼装是在语音芯片上存储“东”、“西”、“南”、“北”、“偏”、“十”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“正”单字发音，当得到“X偏Y多少度”的信息后，通过调用相应的单字发音实现行走方向的语音提示输出功能。
7、如权利要求6所述的导盲磁电子罗盘，其特征在于，“X”、“Y”代表“东”、“西”、“南”、“北”四个方向中两个相邻的方向，当方向数据为0±1°、90±1°、180±1°、270±1°时，语音提示为“正北”、“正东”、“正南”、“正西”。
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