CN107343107A - 一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置及方法，装置包括发射模块、接收模块以及控制器MCU模块，所述发射模块与接收模块信号连接，所述发射模块和接收模块均和控制器MCU模块(STM32系列)信号连接，所述控制器MCU模块还与移动终端CPU信号连接；所述发射模块用于产生激光发射信号和含相位信息的差频测距信号；所述接收模块用于在测距时接收激光发射信号，非测距时接收人体或路面的红外热释信号；所述控制器MCU模块用于对测距信号、红外信号进行识别处理，并通过移动终端CPU驱动对应语音数据段播放、前端主摄像头启动工作，语音提醒移动终端使用者注意，并通过移动终端前端摄像头显示前方危险情况。本发明能自动识别出移动终端前方的路况，并及时进行语音提醒。
Description
技术领域
本发明涉及移动终端的技术领域，尤其是涉及一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置及方法。
背景技术
移动终端(如智能手机、掌上电脑)越来越广泛的运用到人们的生活中，特别是，目前大量手机低头族由于只关注手机屏而导致人身安全情况时有发生，例如手机低头族在使用手机过程中因手机前方产生的盲区而可能导致的过斑马线被车撞、路边掉河沟、站台踩空、上下天桥梯踩空，被各种路障(修路材料、马路牙子)绊倒等各种危险，而如何克服上述问题，在遇到上述危险前，通过移动终端进行提前提醒，以避免危险的发生是移动终端技术开发时需要解决的技术难点。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置，包括发射模块、接收模块以及控制器MCU模块，所述发射模块与接收模块信号连接，所述发射模块和接收模块均和控制器MCU模块信号连接，所述控制器MCU模块还与移动终端CPU信号连接；所述发射模块用于产生激光发射信号和含相位信息的差频测距信号；所述接收模块用于在测距时接收激光发射信号，非测距时接收人体或路面的红外热释信号；所述控制器MCU模块用于对测距信号、红外信号进行识别处理，并通过移动终端CPU驱动对应语音数据段播放、前端主摄像头启动工作，然后语音提醒移动终端使用者注意，并通过移动终端前端摄像头显示前方危险情况。
作为优选的技术方案，所述发射模块包括调制驱动器、激光发射器、激光基准器以及频率合成器；所述频率合成器与调制驱动器和激光基准器信号连接，所述调制驱动器、激光发射器、激光基准器顺序连接。
作为优选的技术方案，所述发射模块安装在移动终端靠近主摄像头处，移动终端后盖上开设有一与发射模块直径相同的圆孔，发射模块的激光信号从该圆孔处发射出去。
作为优选的技术方案，所述接收模块包括激光接收器、红外接收器以及滤波放大器，所述激光接收器和红外接收器均与对应滤波放大器信号连接。
作为优选的技术方案，所述接收模块安装在靠近发射模块下方的位置，在移动终端的后盖上开设有另一与接收模块直径相同的圆孔，接收模块通过该圆孔接收激光反射回来的激光信号和路面或人体产生的红外热释信号。
作为优选的技术方案，所述控制器MCU模块选用STM32F103RBT6型微控制器，安装在移动终端的主板中部，与移动终端CPU模块、发射模块和接收模块信号连接。
本发明还公开了一种自动识别移动终端前方障碍物的装置的方法，包括下述步骤：
S1、当移动终端使用时，移动终端CPU通过内置加速度传感器和陀螺仪传感器，实时计算出移动终端倾斜角α，当α的角度在正常低头使用移动的角度范围时，移动终端CPU传出指令给控制器MCU模块，唤醒其工作；当倾斜角α的角度超出正常低头使用移动的角度范围时，说明移动终端用户不是在低头状态下使用移动终端，或停止使用移动终端，移动终端CPU传出指令给控制器MCU模块，使用其处于休眠，以减少能耗；
S2、启动控制器MCU模块工作后，该控制器MCU模块控制开启接收模块中的红外接收电路工作，当移动终端用户处在静止状态下使用时，没有移动热源物体进入探测区域，则红外接收器没有收到动态红外热释信号，此时输出给控制器MCU模块的信号为零，则判别移动终端处于静态使用；移动终端用户处在运动状态下使用时，前方移动人体和路面产生的红外辐射进入到红外接收区域后，则会产生输出信号给控制器MCU模块，则判别移动终端用户处于动态使用；
S3、当控制器MCU模块判别为移动终端用户处于动态使用，则启用激光测距电路，每隔时间t，测一次斜距d，通过控制器MCU模块计算出在时间t内d的变化量△d，当△d的绝对值小于控制器MCU模块内设定的值D，D是由于人在行走时使用移动终端时，会存在上下起伏的斜距误差，则说明手机用户行走前方没有障碍物；
S4、当△d的绝对值大于控制器内设定的值D则说明移动终端用户行走前方有障碍物，当△d的值为负，识别前方为突起障碍物，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有突起障碍物，高度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证；当△d的值为正，识别前方为凹陷障碍物，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有凹陷障碍物，深度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证，确认危险程度。
作为优选的技术方案，当移动终端前方出现斑马线时，由于激光发射的功率一定，但通过激光通过斑马线反射量不一样，斑马线上的白色线条的激光反射量要大于柏油马路的黑色反射量，则通过对接收模块中的激光接收电路对放大后的幅度信号进行处理，当接收到一组幅度变化较规则的脉动信号时，判别为用户在走斑马线，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有斑马线”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证。
作为优选的技术方案，当移动终端前方有水坑，用红外接收电路，通过接收人行道的红外辐射量与水坑中的水的红外辐射量的差别进行识别，移动终端用户处于动态使用并行走在人行道时，红外接收电路接收到人行道的红外辐射量，经放大后形成一定量的输出信号输入到控制器；当移动终端用户处于动态使用并行走在人行道前有水或水坑时，由于水的红外辐射量小，且变化量很小，红外接收电路接收到水或水坑的红外辐射量约为零，控制器MCU模块检测到红外接收电路输入的信号突变为零，则判别为前方有水或水坑，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有水或水坑”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明能自动识别移动终端前方障碍物性质，包括自动识别移动终端前方移动的红外辐射的物体、路面斑马线、突出障碍物相对路面高度、凹陷障碍物相对路面深度、水坑等，将移动终端用户在使用移动终端过程中因移动终端前方产生的盲区而可能导致的过斑马线被车撞、路边掉河沟、站台踩空、上下天桥梯踩空，被各种路障(修路材料、马路牙子)绊倒等各种危险情况降低到最低。
2.本发明具有自动语音和视频告警功能，根据移动终端前方障碍物性质自动播放不同的语音数据段，自动切换到前方视频以便查证，以判定前方的危险程度。
3.本发明可通过红外探测实现移动终端用户的静、动使用状态识别，降低整机工作的能耗。
4.本发明还具有电子测量尺的功能。
附图说明
图1是本发明装置的结构方框图；
图2是本发明装置安装在移动终端上的示意图；
图3是本发明自动识别移动终端前方障碍物装置的人行道测距示意图
图4是本发明障碍识别方法的流程图；
图5是本发明自动识别移动终端前方障碍物装置突起障碍物测距示意图；
图6是本发明自动识别移动终端前方障碍物装置凹陷障碍物测距示意图；
图7是本发明自动识别移动终端前方障碍物装置斑马线的识别示意图；
图8是本发明自动识别移动终端前方障碍物装置的水或水坑识别示意图。
附图标号说明：1、发射模块；2、接收模块；3、控制器MCU模块；4、移动终端主板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置，包括发射模块1、接收模块以2及控制器MCU模块3，所述发射模块与接收模块信号连接，所述发射模块和接收模块均和控制器MCU模块信号连接，所述控制器MCU模块还与移动终端CPU信号连接；所述发射模块用于产生激光发射信号和含相位信息的差频测距信号；所述接收模块用于在测距时接收激光发射信号，非测距时接收人体或路面的红外热释信号；所述控制器MCU模块用于对测距信号、红外信号进行识别处理，并通过移动终端CPU驱动对应语音数据段播放、前端主摄像头启动工作，语音提醒移动终端使用者注意并通过移动终端前端摄像头显示前方危险情况。
如图2所示，所述发射模块包括调制驱动器、激光发射器、激光基准器以及频率合成器；所述频率合成器与调制驱动器和激光基准器信号连接，所述调制驱动器、激光发射器、激光基准器顺序连接。所述发射模块安装在移动终端靠近主摄像头处，移动终端后盖上开设有一与发射模块直径相同的圆孔，发射模块的激光信号从该圆孔处发射出去。
如图2所示，所述接收模块包括激光接收器、红外接收器以及滤波放大器，所述激光接收器和红外接收器均与对应滤波放大器信号连接。所述接收模块安装在靠近发射模块下方的位置，在移动终端的后盖上开设有另一与接收模块直径相同的圆孔，接收模块通过该圆孔接收激光反射回来的激光信号和路面或人体产生的红外信号。
所述控制器MCU模块选用STM32F103RBT6型微控制器，安装在移动终端主板4中部，与移动终端CPU模块和接收模块信号连接。对移动终端进行重新设计时，该模块功能可完全与手机CPU融合，以减少其占用空间，降低功耗，提高整机的可靠性。
在基于上述装置的基础上，对本发明的识别障碍物的方法做具体阐述，本方法中以手机为例进行说明，其他智能移动终端例如PAD同样适用本发明。
通过本发明测距的过程如下：
采用相位法测距，在对手机人行道前方路面进行测距过程中，发射模块在控制器MCU模块的控制下由频率合成电路产生主振信号和本振信号，主振信号通过调制驱动电路，驱动激光发射电路进行调制发射，经过分光，一部分分给激光基准电路与本振信号进行混频，得出含初始相位信息的差频信号，输入到控制器MCU模块中。另一部分激光发射出去，经路面的漫反射，通过接收模块的激光接收电路对反射的激光信号的接收和滤波放大后，与本振信号进行混频，得出含测距信号相位信息的差频信号，输入到控制器MCU模块中。经控制器MCU模块中进行鉴相和相位差计算，可测量出手机激光发射孔到人行道路面的斜距d。自动识别手机前方障碍物装置人行道测距示意图如图3所示。
通过本发明测红外线信号的方法如下：
在接收模块中的红外接收电路用于识别手机用户的静、动使用状态。它对手机用使用者的前方物体进行红外探测，并能感应前方环境中物体自发辐射的红外线。红外接收电路主要由双元型热释电红外传感器和处理信号的电路组成。当手机用户处在静止状态下使用手机时(办公室，地铁等)，没有移动热源物体进入探测区域时，两个红外探测元由于背景相同，产生的信号相同，没有信号输出；手机用户处在运动状态下使用手机时，前方人体和路面产生的红外辐射进入到红外接收区域后，双元型热释电红外传感器的两个红外探测元将接收到不同的红外辐射，产生的信号不同，会产生输出信号。由于其属于被动式红外探测，耗电低，可减少整机的功耗。
如图4所示，所述自动识别移动终端前方障碍物的装置的方法，包括下述步骤：
1.手机用户低头使用手机的识别
当手机用户使用手机时，手机CPU通过手机内容加速度传感器和陀螺仪传感器，实时计算出手机倾斜角α，当α的角度在正常低头使用手机的角度范围时，手机CPU传出指令给控制器MCU模块，唤醒其工作；当手机用户α的角度超出正常低头使用手机的角度范围时，说明手机用户不是在低头状态下使用手机，或停止使用手机，手机CPU传出指令给控制器MCU模块，使用其处于休眠，以减少能耗。
2.手机用户的静、动使用状态识别
启动控制器MCU模块工作后，该模块控制开启接收模块中的红外接收电路工作。当手机用户处在静止状态下使用手机时(办公室，地铁等)，没有移动热源物体进入探测区域时，没有信号输出给控制器，则判别为手机处于静态使用；手机用户处在运动状态下使用手机时，前方移动人体和路面产生的红外辐射进入到红外接收区域后，会产生输出信号给控制器，则判别为手机处于动态使用。
3.手机用户的动态使用时前方障碍物的识别
当控制器判别为手机处于动态使用，则启用激光测距电路，每隔时间t，测一次斜距d，通过控制器计算出在时间t内d的变化量△d。当△d的绝对值小于控制器内设定的值D(D是由于人在行走时使用手机时，会存在上下起伏的斜距误差)，则说明手机用户行走前方没有障碍物。
当△d的绝对值大于控制器内设定的值D则说明手机用户行走前方有障碍物。当△d的值为负，识别前方为突起障碍物，控制器发出对应指令给手机CPU，调用语音数据段重复播放“前方有突起障碍物，高度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到手机屏上，供手机用户进一步识别查证；当△d的值为正，识别前方为凹陷障碍物，控制器发出对应指令给手机CPU，调用语音数据段重复播放“前方有凹陷障碍物，深度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到手机屏上，供手机用户进一步识别查证，确认危险程度。
手机用的动态使用时前方障碍物的识别示意图如图5、6所示。
4.手机用户的动态使用时前方斑马线的识别
手机用户低头在斑马线上使用手机非常危险。当手机前方出现斑马线时，由于激光发射的功率一定，但通过激光通过斑马线反射量不一样，斑马线上的白色线条的激光反射量要大于柏油马路的黑色反射量，则通过对接收模块中的激光接收电路对放大后的幅度信号进行处理，当接收到一组幅度变化较规则的脉动信号时，判别为用户在走斑马线，控制器发出对应指令给手机CPU，调用语音数据段重复播放“前方有斑马线”，同时启动前端主摄像头并切换到手机屏上，供手机用户进一步识别查证。自动识别手机前方障碍物装置斑马线的识别示意图如图7所示。
5.手机用户的动态使用时前方可能有水坑的识别
手机用户的动态使用时前方如果有水坑，不能用激光测距的方法进行识别。用红外接收电路，通过接收人行道的红外辐射量与水坑中的水的红外辐射量的差别进行识别。手机用户处于动态使用并行走在人行道时，红外接收电路接收到人行道的红外辐射量，经放大后形成一定量的输出信号输入到控制器；当手机用户处于动态使用并行走在人行道前有水或水坑时，由于水的红外辐射量小，且变化量很小，红外接收电路接收到水或水坑的红外辐射量约为零，控制器检测到红外接收电路输入的信号突变为零，则判别为前方有水或水坑，控制器发出对应指令给手机CPU，调用语音数据段重复播放“前方有水或水坑”，同时启动前端主摄像头并切换到手机屏上，供手机用户进一步识别查证。自动识别手机前方障碍物装置的水或水坑识别示意图如图8所示。
通过本发明，自动识别手机前方障碍物性质，包括自动识别手机前方移动的红外辐射的物体、路面斑马线、突出障碍物相对路面高度、凹陷障碍物相对路面深度、水坑等，将手机低头族在使用手机过程中因手机前方产生的盲区而可能导致的过斑马线被车撞、路边掉河沟、站台踩空、上下天桥梯踩空，被各种路障(修路材料、马路牙子)绊倒等各种危险情况降低到最低。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，包括发射模块、接收模块以及控制器MCU模块，所述发射模块与接收模块信号连接，所述发射模块和接收模块均和控制器MCU模块信号连接，所述控制器MCU模块还与移动终端CPU信号连接；所述发射模块用于产生激光发射信号和含相位信息的差频测距信号；所述接收模块用于在测距时接收激光发射信号，非测距时接收人体或路面的红外热释信号；所述控制器MCU模块用于对测距信号、红外信号进行识别处理，并通过移动终端CPU驱动对应语音数据段播放、前端主摄像头启动工作，然后语音提醒移动终端使用者注意，并通过移动终端前端摄像头显示前方危险情况。
2.根据权利要求1所述能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，所述发射模块包括调制驱动器、激光发射器、激光基准器以及频率合成器；所述频率合成器与调制驱动器和激光基准器信号连接，所述调制驱动器、激光发射器、激光基准器顺序连接。
3.根据权利要求1或2所述能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，所述发射模块安装在移动终端靠近主摄像头处，移动终端后盖上开设有一与发射模块直径相同的圆孔，发射模块的激光信号从该圆孔处发射出去。
4.根据权利要求1所述能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，所述接收模块包括激光接收器、红外接收器以及滤波放大器，所述激光接收器和红外接收器均与对应滤波放大器信号连接。
5.根据权利要求1或4所述能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，所述接收模块安装在靠近发射模块下方的位置，在移动终端的后盖上开设有另一与接收模块直径相同的圆孔，接收模块通过该圆孔接收激光反射回来的激光信号和路面或人体产生的红外热释信号。
6.根据权利要求1所述能自动识别移动终端前方障碍物的装置，其特征在于，所述控制器MCU模块选用STM32F103RBT6型微控制器，安装在移动终端的主板中部，与移动终端CPU模块、发射模块和接收模块信号连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述自动识别移动终端前方障碍物的装置的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、当移动终端使用时，移动终端CPU通过内置加速度传感器和陀螺仪传感器，实时计算出移动终端倾斜角α，当α的角度在正常低头使用移动的角度范围时，移动终端CPU传出指令给控制器MCU模块，唤醒其工作；当倾斜角α的角度超出正常低头使用移动的角度范围时，说明移动终端用户不是在低头状态下使用移动终端，或停止使用移动终端，移动终端CPU传出指令给控制器MCU模块，使用其处于休眠，以减少能耗；
S2、启动控制器MCU模块工作后，该控制器MCU模块控制开启接收模块中的红外接收电路工作，当移动终端用户处在静止状态下使用时，没有移动热源物体进入探测区域，则红外接收器没有收到动态红外热释信号，此时输出给控制器MCU模块的信号为零，则判别移动终端处于静态使用；当移动终端用户处在运动状态下使用时，前方移动人体和路面产生的红外辐射进入到红外接收区域后，则会产生输出信号给控制器MCU模块，则判别移动终端用户处于动态使用；
S3、当控制器MCU模块判别为移动终端用户处于动态使用，则开启激光测距电路，每隔时间t，测一次斜距d，通过控制器MCU模块计算出在时间t内d的变化量△d，当△d的绝对值小于控制器MCU模块内设定的值D，D是由于人在行走时使用移动终端时，会存在上下起伏的斜距误差，则说明手机用户行走前方没有障碍物；
S4、当△d的绝对值大于控制器内设定的值D，则说明移动终端用户行走前方有障碍物，当△d的值为负，识别前方为突起障碍物，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有突起障碍物，高度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证；当△d的值为正，识别前方为凹陷障碍物，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有凹陷障碍物，深度XXX米”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证，确认危险程度。
8.根据权利要求7所述所述自动识别移动终端前方障碍物的装置的方法，其特征在于，当移动终端前方出现斑马线时，由于激光发射的功率一定，但通过激光通过斑马线反射量不一样，斑马线上的白色线条的激光反射量要大于柏油马路的黑色反射量，则通过对接收模块中的激光接收电路对放大后的幅度信号进行处理，当接收到一组幅度变化较规则的脉动信号时，判别为用户在走斑马线，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有斑马线”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证。
9.根据权利要求7所述所述自动识别移动终端前方障碍物的装置的方法，其特征在于，当移动终端前方有水坑，用红外接收电路，通过接收人行道的红外辐射量与水坑中的水的红外辐射量的差别进行识别，移动终端用户处于动态使用并行走在人行道时，红外接收电路接收到人行道的红外辐射量，经放大后形成一定量的输出信号输入到控制器；当移动终端用户处于动态使用并行走在人行道前有水或水坑时，由于水的红外辐射量小，且变化量很小，红外接收电路接收到水或水坑的红外辐射量约为零，控制器MCU模块检测到红外接收电路输入的信号突变为零，则判别为前方有水或水坑，控制器MCU模块发出对应指令给移动终端CPU，调用语音数据段重复播放“前方有水或水坑”，同时启动前端主摄像头并切换到移动终端屏上，供用户进一步识别查证。
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