CN109009905A - 一种超声波导盲方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导盲技术领域，具体涉及一种超声波导盲方法、装置，该方法包括：通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，震动报警器与盲人身体接触。通过震动报警器震动，解决了在嘈杂环境中，盲人用户无法准确接收语音提示信息，导致发生事故情况的发生，提升了导盲杖的实用性。

Description

一种超声波导盲方法、装置

技术领域

本发明涉及导盲技术领域，具体涉及一种超声波导盲方法、装置。

背景技术

盲人获取外界的信息要比正常人更困难，他们往往只能依靠60％的感觉来获得外界的信息。由于缺乏外界信息的指引，因此给他们的生活、工作以及社交活动都带来极大的不便。因此，在实际生活中如何让盲人更加舒适安全地出行，一直是科技人员在研究的课题。

目前，导盲器材多分为传统导盲器材和现代导盲器材。传统导盲器材多由木、竹或轻质材料棍制成，当盲人使用时，手握住导盲杖一端，而用另外一端探测障碍物，仅仅依靠触碰来进行信息传导，实用性较低；现代导盲器材有超声波、卫星定位、无线电引导系统、红外线导向装置等，可以不经过触碰就对障碍物信息进行较为有效地传导，提高了实用性。但是，在嘈杂的环境中，导盲杖的提示功效性降低，很多时候，导盲杖的使用者无法正确收取到障碍物提示音频，造成躲避障碍物失败的现象发生。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种一种超声波导盲方法、装置，以解决嘈杂环境中用户无法清晰获得语音报警信息的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种超声波导盲方法，包括：

通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；

在所述障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，所述震动报警器与盲人身体接触。

进一步可选地，所述通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离为：

在指定方位的预设角度范围内发送超声波，根据返回超声波的时间计算所述障碍物的距离。

另一方面，一种超声波导盲装置，包括：超声波发射器、超声波接收器、控制器和报警装置；

所述超声波发射器，用于在指定方位的预设角度范围内发射超声波；

所述超声波接收器，用于接收受障碍物阻碍返回的超声波；

所述控制器，用于控制超声波发射，根据返回超声波的时间计算所述障碍物的距离，在所述障碍物的距离小于预设距离时，触发报警器；

所述报警装置，包括震动报警模块。

进一步可选地，超声波导盲装置为导盲杖，所述导盲杖包括杖体，所述超声波发射器、超声波接收器和控制器设置在所述杖体上，所述报警装置设置在所述杖体顶部。

进一步可选地，所述震动报警模块安装在所述杖体的手柄位置。

进一步可选地，所述超声波发射器和所述超声波接收器设置在所述杖体仗脚位置。

进一步可选地，所述杖体为伸缩设计，可调节长度。

进一步可选地，所述杖体底部装有万向轮，可自由变换方向；

所述杖体贴有反光条，在夜间灯光照射时发生反射。

进一步可选地，所述杖体材料包括：铝合金或中空塑料。

进一步可选地，所述报警装置还包括：

夜间警示模块，用于在夜间亮起灯光，警示路人；

语音警报模块，用于在导盲杖探测到有障碍物时，播报障碍物方向和距离。

本发明实施例采用以上技术方案，一种超声波导盲方法、装置及存储介质，通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，震动报警器与盲人身体接触，以此解决用户在嘈杂环境中无法实时获取到导盲杖声音警报，而发生故障的问题，提高了导盲杖的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明超声波导盲方法实施例一提供的流程图；

图2是本发明超声波导盲方法实施例二提供的流程图；

图3是本发明超声波导盲装置实施例一提供的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明超声波导盲方法实施例一提供的流程图。

本发明实施例提供一种超声波导盲方法，参见图1，方法包括：

通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；

在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，震动报警器与盲人身体接触。

本实施例采用超声波导盲方法，通过在探测到障碍物在用户安全范围内时，发出震动报警的方式，解决了用户在嘈杂环境中无法实时获取到导盲杖声音报警，从而引发事故发生的问题，提高了导盲杖的实用性。

基于上述超声波导盲方法，本发明实施例提供一可选实施例：

如图1所述，本实施例的超声波导盲方法可以包括以下步骤：

S101、通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离。

具体地，应用超声波测距原理，采用超声波传感器，探测障碍物与盲人之间的距离。

相比于雷达测距、红外测距以及激光测距等方式，超声波测距所具备条件更加优越：第一，超声波对颜色和光线亮度感知较差，因此常用来探测透明及漫反射性不好的物体(如玻璃、抛光体等)；第二，超声波受外围光线和电磁场的影响不大，能适用于各种条件复杂环境中；第三，超声波传感器构造不复杂、研制成本低、数据处理难度低且精确度高以及集成化程度高。因此，以上所列出的这些优势会让超声波测距在今后得到更多的发展与应用机会。

超声波传感器是一款能实现声电信号互换的微型设备，其别称有叫超声波换能器。它是以超声波的特性为基础研制出来的传感器，它能集收发超声波于一体。当前使用得最多的收发超声波器件的标准频率通常设置为40KHZ，因为这个频率既能让超声波装置不易受外界因素所干扰，还能减少其发射的超声波在传输过程中出现衰减严重的现象。而根据它们工作方式存在的差异性，我们可以将超声波传感器分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中压电陶瓷晶片制成的传感器在实际中使用的最多。超声波传感器在实际使用中存有较多的优势：第一，测量原理简单且结果容易实现；第二，测量的精度高；第三，因为超声波传感器探测的范围较广，因而在测量时用到的传感器数量会减少，进而可以节约成本。

超声波测距技术是一种能进行远距离检测的技术，与其他诸如电磁的或光学的测距方法相比，能对它造成干扰的外界因素不多，所以其适应能力较强。超声波测距的主要工作模式是通过发送出超声波，然后再接收经由障碍物反射回来的余波，最后根据单片机中的定时器记录的超声波往返时间值以及声波在介质中的传播速率便能计算出障碍物的距离与方位。由于所用超声波探头的工作方式不一样，其对探头到障碍物之间距离的计算方式也不一样。

S102、在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，所述震动报警器与盲人身体接触。

具体地，在探测到障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，发出语音报警，同时，触发震动报警器，发出震动报警。为了使盲人用户在第一时间接收到报警信息，震动报警器设置为与盲人身体接触。盲人的活动区域可能不单单在安静的环境中，也有可能会去一些环境嘈杂的地方，因此，震动报警器的设置，解决了在嘈杂环境中，盲人用户不能及时清晰获得障碍物语音播报信息的问题。

本实施例的超声波导盲方法，通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，震动报警器与盲人身体接触，以此解决用户在嘈杂环境中无法实时获取到导盲杖声音警报，而发生故障的问题，提高了导盲杖的实用性。

图2是本发明超声波导盲方法实施例二提供的流程图。

如图2所示，本实施例的超声波导盲方法是在图1的基础上进一步详细地对本发明的技术方案进行了解释，本实施例的超声波导盲方法可以包含以下步骤：

S201、在指定方位的预设角度范围内发送超声波，根据返回超声波的时间计算障碍物的距离。

具体地，在根据超声波传感器的安装方向所确定的预设角度范围内发送超声波，然后根据超声波的时间来计算障碍物的距离。

在本实施例中，超声波传感器采用HC-SR04型号超声波传感器，HC-SR04超声波传感器可以以非接触方式式测量距离在2cm～450cm以内的物体，测量精度能控制在2mm，该模块上装有接发两个探头。几个引脚的功能各是：VCC引脚，接供电电源；GND引脚，接地；TRIG引脚，控制超声波发射信号的输入；ECHO引脚，反馈回波信号。超声波传感器模块基本工作模式：采用由输入/输出端口TRIG来触发，同时该对应端口至少要有周期为10us高电平触发信号；超声波发射模块会自动发送多个标准频率方波信号，然后接收电路检测是否有回波出现；当超声波接收探头收到回波信号后，会通过输入/输出端口ECHO输出反馈信号，反馈信号脉冲持续时间与定时器中记录的时间是一样的。根据已知超声波测距公式可知超声波发射地点和障碍物之间的距离＝(反馈信号持续时间X声速)/2。

超声波接发探头就相当于导盲杖的“眼睛”，它的安装位置是否合适在系统导盲的过程中起到很大的作用，因为盲人在行走时需要它来探测障碍物的位置，所以，安装好超声波接发探头是设计工作的重中之重。本实施例，设计多方向导盲系统，需要三个超声波接发探头。在安装之前，考虑到探头的安装角度还不是很明确，为避免安装角度不明朗造成不必要的麻烦，因而将所要安装的实物数据按一定比例缩小，然后在草稿纸上计算，得出正前方的探头与杖体之间的夹角大概在34°到36°之间，安装位置是远离转向轮底部10cm处。而左右两侧的超声波传感器安装角度是超声波发射方向与杖体垂直，安装位置的离地面垂直高度是8cm左右最佳。

在超声波接发探头安装好后，控制器调用预设好的程序，根据超声波的时间来计算障碍物的距离。

S202、在障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，震动报警器与盲人身体接触。

此步骤与实施例一S102相同，在此不做赘述。

本实施例的超声波导盲方法，通过在多方向设定预设的超声波接发探头来控制超声波的发射与接收，从而根据超声波的时间来计算障碍物的距离，在判断的到障碍物小于预设距离时，发出声音报警和震动报警，在解决了用户在嘈杂环境中无法及时清晰获取警报信息的问题基础上，多方向超声波接发探头的设置，使障碍物探测更加全面、准确，提高了导盲杖的实用性。

图3是本发明超声波导盲装置实施例一提供的结构图。

参见图3，该超声波导盲装置包括：超声波发射器11、超声波接收器12、控制器13、报警装置14。

超声波发射器，用于在指定方位的预设角度范围内发射超声波。

例如，在本实施例中，超声波发射器11具体用于：

根据超声波发射探头的安装方向，在预设角度范围内发射超声波。

本实施例中，超声波发射探头的安装方向在S201中已详细介绍，在此不做赘述。

超声波接收器12，用于接收受障碍物阻碍返回的超声波。

例如，在本实施例中，超声波接收器12具体用于：

依靠超声波接收探头接收受到障碍物阻碍而返回的超声波。

控制器13，用于控制超声波发射，根据返回超声波的时间计算障碍物的距离，在障碍物的距离小于预设距离时，触发报警器。

例如，在本实施例中，控制器13具体用于：

在导盲杖开启后，控制超声波发射器发射超声波，根据超声波返回的时间计算调用预设程序进行障碍物距离计算，并判断障碍物距离是否在预设距离范围内，当障碍物的距离在预设距离范围内时，触发报警器进行报警。

具体地，本实施例采用的处理器是STC89C52单片机，由其本身及其外围电路组成的单片机最小系统是整个超声波导盲系统的关键部分。STC89C52单片机是一款性能较优越的CMOS8位微处理器，它具有的Flash存储器，内存有8K。同时它依旧沿用了传统的MCS-51内核，但却在性能和集成化方面做了相当大的改变，使得该单片机在性能方面比传统51单片机有了很大的提高。并且在单芯片工作时，也使得CPU工作灵活度得到提升，这些优势使得STC89C52单片机能够为众多自动化控制应用系统提供可靠性更强的解决方案。

STC89C52单片机具有以下标准功能：

当STC89C52的频率为零赫兹时，系统执行静态逻辑操作，可以在一定程度上起到节约能源的作用。在系统不上电情况下，CPU、RAM和定时器/计数器等器件工作不会停止。而断电保护模式下，系统自动保护RAM中的资料，同时会将终结振动器的工作，这时，单片机的状态是停滞的，它会等到下一个中断到来或是复位电路被驱动后才会正常工作。

其中STC89C52单片机的外围电路组成：

时钟电路：晶振是单片机最小系统电路中必不可少的一个元器件。对最小系统电路而言，晶振的存在具有很大的意义。因为它能结合单片机内部电路产生系统所需的工作频率。值得注意的是，单片机晶振提供的高时钟频率能够让系统保持高速的运行状态。同时，系统提供的工作频率能够使单片机完成指令的接收。

复位电路：由图并联系"电容电压不能突变"的性质,可以了解到，当系统开始驱动,RST引脚将会出现高电平,并且,这个高电平维持的时间由电路中的RC值来决定。其工作原理就是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。

报警装置14，用于进行震动报警。

例如，在本实施例中，报警装置14具体用于：

在障碍物距离小于预设距离时，依据触发指令进行报警，报警方式在震动报警的基础上，还可以包括语音报警。

具体地，在本实施例中，震动报警通过电机震动来实现震动报警。

本实施例的语音报警电路采用ISD1820语音模块，ISD1820模块的主要特点为：电源电压不大，3-5V；语音录放时间设置合理；录制的语音还原度高；其还可用作喇叭；通过单片机程序控制。

例如，本实施例可以设置语音播报障碍物的方向与距离，提醒用户障碍物在前方后方或者是其他方向，距离用户还有大概多少米，使盲人用户可以及时作出反应，以免造成在障碍物前反应不及时，而发生碰撞事件。

进一步地，本实施例提供的超声波导盲装置报警装置还可以包括夜间警示模块，通过在杖体设置LED灯光，在夜间打开LED灯，用灯光来警示路人，达到即使盲人无法看到行人，行人也能从灯光辨别出盲人，从而减少事故发生的概率。

例如，本实施例的LED灯示警系统电路中，利用光敏电阻充当预警灯的开关，而其中加入的滑动变阻器可以通过改变自身的阻值来提高光敏电阻对光感知的灵敏度，当设定的滑动电阻的阻值较小时，光敏电阻的灵敏度会上升，这样当盲人所在地方的环境光线比较暗时，光敏电阻值就会降低到光控电路系统能够接通的一个值，给警示灯供电，警示灯就会变亮。

另外，灯光装置也可以包括夜光条或者反光条，在本实施例中，可以将杖体表面设置为夜光，在夜晚自动发光；或者在杖体贴上反光条，在杖体受到灯光照射时，发出反光，警醒路人，达到上述减少盲人安全事故发生概率的效果。

本实施例的超声波导盲装置，通过根据超声波返回时间来判断障碍物的距离，在障碍物距离小于预设距离时，发出声音报警和震动报警来提醒用户，解决了用户在嘈杂环境中不能及时清晰接收到语音报警信息，从而引发事故发生的问题，提升了导盲杖的实用性。

为了进一步对超声波导盲装置进行说明，本发明还提供又一超声波导盲装置。本实施例在图3所示的实施例基础上进一步地对导盲杖整体构件进行了说明：超声波发射器、超声波接收器、控制器均设置在导盲杖杖体上，而报警装置设置在杖体顶部。

具体地，盲人手杖杖柄的作用是使用者能够直接接触的部分，可以在心理上给予盲人一定的心理依赖；同时，手杖也是超声波导盲系统中主要电子器件的支撑载体，这样便可以将两者的功能完美结合在一块，做成真正意义上的超声波语音导盲手杖。在设计的这一款超声波语音导盲手杖按严格意义上来讲是属于便携式产品，因此对手杖的要求不仅仅是在外观上好看，还要让盲人使用起来感觉轻便舒适。

因此，盲人手杖杖体在材料的选择上可以考虑采用铝合金或者中空塑件，同时要考虑到杖体的颜色。本实施例中选用的是白色中空塑件，在使用和携带上更加方便。

在如何推动盲人手杖前进方面上，传统盲人手杖一般通过敲打的方式推进，本实施例采用在杖脚的部位装上一个360°转向轮，这样可以起到支撑盲人手杖的作用，可以让盲人在推进的过程中省去不少气力，同时能够使用者更加清晰地感受到前进方向上的路面是否平缓。

在杖柄的结构设计方面，考虑到手柄是否防滑以及杖柄的结构是否符合盲人在使用时的习惯握持。例如，本实施例采用的是在杖柄上喷上高触感塑胶漆或者是贴上柔软的塑胶套，同时在杖柄上接一根吊带，在使用之前，把吊带套在手上，这样的话，即使手杖从手中滑落，依然会有一根吊带挂在手上，不至于让手杖完全脱离盲人的掌控范围。

由于不同的盲人使用者可能身高会不同，因此，本实施例中，可以将盲人手杖设置为长度可调节，这样便可以符合大部分使用者对盲人手杖长度的不同要求，让盲人使用起来更加舒适。本实施例选择的手杖规格是长度为116cm(包括转向轮的长度)，手柄处到地面的垂直高度是83cm，根据这个尺度可以算出手杖与地面间的角度，以便对超声波探头做调整。

为了使接收信息更加的及时和准确，本实施例将超声波发生器和超声波接收器设置在杖体的杖脚位置。

为了使盲人使用者在第一时间接收到报警提示，本实施例中，将报警装置设置在手杖的手柄位置，在超声波探头探测扫障碍物时，触发的电机震动产生的震感可以直接传递到盲人的手上，同时，语音报警也会发出播报，使盲人使用者可以第一时间接收到报警信息，避免接收信息不及时引发安全事故发生。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种超声波导盲方法，其特征在于，包括：

通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离；

在所述障碍物与盲人之间的距离小于预设距离时，触发震动报警器，所述震动报警器与盲人身体接触。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述通过超声波探测障碍物与盲人之间的距离为：

在指定方位的预设角度范围内发送超声波，根据返回超声波的时间计算所述障碍物与盲人身体的距离。

3.一种超声波导盲装置，其特征在于，包括：超声波发射器、超声波接收器、控制器和报警装置；

所述超声波发射器，用于在指定方位的预设角度范围内发射超声波；

所述超声波接收器，用于接收受障碍物阻碍返回的超声波；

所述控制器，用于执行上述1-2任一权利要求所述的超声波导盲方法；

所述报警装置，包括震动报警模块。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，超声波导盲装置为导盲杖，所述导盲杖包括杖体，所述超声波发射器、超声波接收器和控制器设置在所述杖体上，所述报警装置设置在所述杖体顶部。

5.根据权利要求4所述的导盲杖，其特征在于，所述震动报警模块安装在所述杖体的手柄位置。

6.根据权利要求4所述导盲杖，其特征在于，所述超声波发射器和所述超声波接收器设置在所述杖体仗脚位置。

7.根据权利要求4所述的导盲杖，其特征在于，还包括：

所述杖体为伸缩设计，可调节长度。

8.根据权利要求4所述的导盲杖，其特征在于，还包括：

所述杖体底部装有万向轮，可自由变换方向；

所述杖体贴有反光条，在夜间灯光照射时发生反射。

9.根据权利要求3-8任一项所述导盲装置，其特征在于，所述杖体材料包括：铝合金或中空塑料。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述报警装置还包括：

夜间警示模块，用于在夜间亮起灯光，警示路人。