CN110478205A - 基于红外tof测距传感器的避障引导器以及避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外TOF测距传感器的避障引导器以及避障方法，避障引导器包括装配基体，所述装配基体上安装有电源模块、处理器模块、角度传感器、若干个红外TOF测距传感器、以及报警模块，所述处理器模块被配置为根据角度传感器的测量数据修正各个红外TOF测距传感器的测量数据。本发明通过多个红外TOF测距传感器分别检测装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，这五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离，检测范围广，减少盲区的存在，同时利用角度传感器检测使用者行动过程中所产生的躯体角度变化量，以此为依据修正检测到的障碍物到使用者间的距离，提高距离检测准确度。

Description

基于红外TOF测距传感器的避障引导器以及避障方法

技术领域

本发明涉及障碍检测技术领域，更具体地说涉及一种避障引导器以及避障方法。

背景技术

盲人的交通出行，是一项不容忽视的民生问题，历来受到政府的高度关注。目前协助盲人出行的设施、方法和手段，主要有以下几种：第一是盲道，一种专门帮助盲人行走的道路设施，但是各城市的盲道建设水平参差不齐，对盲人行路并未带来多大帮助，而乡村道路根本没有这种设施。第二是传统的导盲棍，用于探索前面的地形，在地面上敲击，可帮助盲人发现0.5至1米以内的障碍物，但其缺点是不能发现较远的障碍物以及空中突出的障碍物，而且探索时间较长，消耗体力。第三是电子导盲狗以及导盲鞋，使用的是超声波测距技术，其缺点在于大波束角导致探测方向不够清晰，虚警概率大；精度低反应慢；更重要的是，多个超声波探头不能同时检测，因为声音是可以互相干扰的，只能轮流检测，检测速度慢。

现有技术中为了克服超声波测距技术的缺陷，本领域有技术人员利用红外光电检测技术实现测距和导盲，申请号为201410711535.X的专利文献公开了一种智能红外导盲系统，采用三角测距原理实现使用者与障碍物间距离检测，但是这种技术存在以下缺点：

1.当距离比较小的时候，偏移距值会超过CCD的探测范围，这时障碍物很近，反而成为检测盲区(通常≤20cm)，反之，当距离较大(1.5m或更大)时，偏移距值就会很小，因CCD分辨力有限，测量精度会变差，且距离越远，精度越低；

2.传感器设置前、左、右三个方向上，分别用于检测前、左、右三个方向上障碍物的距离情况，容易出现检测盲区；

3.在应用过程中存在一个明显的漏洞，就是当使用者出现弯腰等状况的时候，所检测到与障碍物件的距离，与使用者正常行走时所检测到的距离，存在一定的偏差，而该技术方案中并没有对此偏差进行补偿处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于红外TOF测距传感器的避障引导器以及避障方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种避障引导器，包括装配基体，所述装配基体上安装有电源模块、处理器模块、角度传感器、若干个基于TOF(飞行时间)技术的红外TOF测距传感器以及报警模块，所述电源模块分别与各个电路模块电性连接，所述角度传感器以及红外TOF测距传感器分别与处理器模块的输入端相连接，所述处理器模块的输出端与报警模块相连接，若干个所述红外TOF测距传感器均设置在装配基体的外表面，检测方向分别为装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，所述处理器模块被配置为对各个红外TOF测距传感器的实时测量数据进行处理，并根据角度传感器的测量数据修正各个红外TOF测距传感器的测量数据。

作为上述技术方案的进一步改进，所述红外TOF测距传感器的型号为GP2AP01VT10F。

作为上述技术方案的进一步改进，所述处理器模块包括DSP处理芯片及其外围电路，所述DSP处理芯片的型号为TMS320F28035。

作为上述技术方案的进一步改进，所述报警模块包括语音报警单元以及震动报警单元，所述处理器模块的输出端分别与语音报警单元以及震动报警单元相连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述语音报警单元包括型号为ISD1700语音芯片以及耳机，所述处理器模块的输出端与语音芯片的输入端相连，所述语音芯片的输出端与耳机相连；所述震动报警单元设有两个，分别设置在装配单元的左右两侧，所述震动报警单元包括三极管以及震动器，所述处理器模块的输出端与三极管的基极相连，所述三极管的集电极与震动器相连，所述三极管的发射极接地。

本发明同时还公开了一种基于红外TOF测距传感器的避障方法，包括以下步骤：

步骤100，记录角度传感器的初始数据；

步骤200，各个红外TOF测距传感器分别检测使用者的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离；

步骤300，时刻更新角度传感器的实时数据，根据角度传感器的初始数据以及实时数据计算使用者所产生的躯体角度变化量；

步骤400，根据使用者的躯体角度变化量，修正步骤200中所得到的各个方向上障碍物到使用者间的距离；

步骤500，设置安全范围阈值；

步骤600，判断各个方向上障碍物到使用者间的距离是否小于安全范围阈值，如果是，通过语音形式或者震动形式向使用者作出报警提示。

本发明的有益效果是：本发明通过多个红外TOF测距传感器分别检测装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，这五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离，检测范围广，减少盲区的存在，同时利用角度传感器检测使用者行动过程中所产生的躯体角度变化量，以此为依据修正检测到的障碍物到使用者间的距离，提高距离检测准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的电路框架图；

图2是本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。最后需要说明的是，如文中术语“中心、上、下、左、右、竖直、水平、内、外”等指示的方位或位置关系则为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

参照图1，本申请公开了一种基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其第一实施例，包括装配基体，所述装配基体上安装有电源模块、处理器模块、角度传感器、若干个基于TOF(飞行时间)技术的红外TOF测距传感器以及报警模块，所述电源模块分别与各个电路模块电性连接，所述角度传感器以及红外TOF测距传感器分别与处理器模块的输入端相连接，所述处理器模块的输出端与报警模块相连接，若干个所述红外TOF测距传感器均设置在装配基体的外表面，且各个所述红外TOF测距传感器的检测方向分别为装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，所述处理器模块被配置为对各个红外TOF测距传感器的实时测量数据进行处理，并根据角度传感器的测量数据修正各个红外TOF测距传感器的测量数据。其中所述装配基体可以是帽子或者眼镜等使用者能够随身佩带且能够反映使用者躯体动作的物件。本实施例所述红外TOF测距传感器的探测角约为30度，所谓的检测方向为正右方与正左方，指的是检测正右方(正左方)的红外TOF测距传感器的检测中心线与检测正前方的红外TOF测距传感器的检测中心线位于同一水平面且夹角为90度，所谓的检测方向为斜上方以及斜下方，指的是检测斜上方(斜下方)的红外TOF测距传感器的检测中心线与检测正前方的红外TOF测距传感器的检测中心线位于同一竖直平面上且夹角大约为45度。本实施例通过多个红外TOF测距传感器分别检测装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，这五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离，检测范围广，减少盲区的存在，同时利用角度传感器检测使用者行动过程中所产生的躯体角度变化量，以此为依据修正检测到的障碍物到使用者间的距离，提高距离检测准确度。

进一步作为优选的实施方式，本实施例中所述红外TOF测距传感器的型号为GP2AP01VT10F。在实际应用过程中，本实施例通过所述红外TOF测距传感器向外连续发射红外光脉冲，同时接收从障碍物反射回来的红外光，通过探测发射和接收光脉冲的飞行往返时间来得到障碍物距离，通过红外TOF测距传感器克服现有技术中超声波测距以及红外三角测距的缺点，提高检测精度。

进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述处理器模块包括DSP处理芯片及其外围电路，所述DSP处理芯片的型号为TMS320F28035。本实施例对实际应用中的处理芯片是有一定要求的，第一处理芯片的数据处理能力大，运算速度较快，保证本实施例距离检测报警的实时性，第二是扩展能力较强，保证后期避障引导器能够因应不同使用者的需要扩展不同功能，如配置GPS导航功能、无线通信功能等。因此本实施例利用所述型号的DSP处理芯片作为处理器模块的核心芯片，该型号的处理芯片是一款32位的处理芯片，运算速度快，且内部配置有大量软硬件资源，方便对外进行各种不同功能的扩展。

进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述报警模块主要用于当处理器模块检测到在一定范围内存在障碍物时，向使用者作出提示报警操作，本实施例中所述报警模块配置有语音报警功能以及震动报警功能，所述报警模块包括语音报警单元以及震动报警单元，所述处理器模块的输出端分别与语音报警单元以及震动报警单元相连接。

具体地，本实施例中，所述语音报警单元包括型号为ISD1700语音芯片以及耳机，所述处理器模块的输出端与语音芯片的输入端相连，所述语音芯片的输出端与耳机相连；所述震动报警单元设有两个，分别设置在装配单元的左右两侧，所述震动报警单元包括三极管以及震动器，所述处理器模块的输出端与三极管的基极相连，所述三极管的集电极与震动器相连，所述三极管的发射极接地。其中所述型号的语音芯片是一种单片语音录放智能芯片，其内部配置有信息管理系统，同时还配置有自动增益控制功能、扬声器驱动电路、振荡器以及存储器，解决了传统的语音播放电路结构复杂的技术问题，同时还提高了语音播放质量。

参照图2，本申请同时还提供了一种基于红外TOF测距传感器的避障方法，其第一实施例，包括以下步骤：

步骤100，记录角度传感器的初始数据；

步骤200，各个红外TOF测距传感器分别检测使用者的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离；

步骤300，时刻更新角度传感器的实时数据，根据角度传感器的初始数据以及实时数据计算使用者所产生的躯体角度变化量；

步骤400，根据使用者的躯体角度变化量，修正步骤200中所得到的各个方向上障碍物到使用者间的距离；

步骤500，设置安全范围阈值；

步骤600，判断各个方向上障碍物到使用者间的距离是否小于安全范围阈值，如果是，通过语音形式或者震动形式向使用者作出报警提示。

具体地，现有的导盲避障装置普遍只是通过超声波测距或者红外三角测距原理实现使用者与障碍物之间的距离检测功能，但是当使用者存在低头或者弯腰等情况时，所检测出来的距离是不准确的，这是由于使用者在低头或者弯腰等情况时，使用者的躯体是存在一定角度的，因此本技术方案通过设置角度传感器检测使用者的躯体角度变化量，之后根据几何关系对步骤200中所得到的各个方向上障碍物到使用者间的距离进行修正，以提高距离检测的准确度。

以上对本申请的较佳实施方式进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其特征在于：包括装配基体，所述装配基体上安装有电源模块、处理器模块、角度传感器、若干个红外TOF测距传感器以及报警模块，所述电源模块分别与各个电路模块电性连接，所述角度传感器以及红外TOF测距传感器分别与处理器模块的输入端相连接，所述处理器模块的输出端与报警模块相连接，若干个所述红外TOF测距传感器均设置在装配基体的外表面，检测方向分别为装配基体的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，所述处理器模块被配置为对各个红外TOF测距传感器的实时测量数据进行处理，并根据角度传感器的测量数据修正各个红外TOF测距传感器的测量数据。

2.根据权利要求1所述的基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其特征在于：所述红外TOF测距传感器的型号为GP2AP01VT10F。

3.根据权利要求1所述的基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其特征在于：所述处理器模块包括DSP处理芯片及其外围电路，所述DSP处理芯片的型号为TMS320F28035。

4.根据权利要求1所述的基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其特征在于：所述报警模块包括语音报警单元以及震动报警单元，所述处理器模块的输出端分别与语音报警单元以及震动报警单元相连接。

5.根据权利要求4所述的基于红外TOF测距传感器的避障引导器，其特征在于：所述语音报警单元包括型号为ISD1700语音芯片以及耳机，所述处理器模块的输出端与语音芯片的输入端相连，所述语音芯片的输出端与耳机相连；所述震动报警单元设有两个，所述震动报警单元包括三极管以及震动器，所述处理器模块的输出端与三极管的基极相连，所述三极管的集电极与震动器相连，所述三极管的发射极接地。

6.基于红外TOF测距传感器的避障方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100，记录角度传感器的初始数据；

步骤200，各个红外TOF测距传感器分别检测使用者的正前方、正右方、正左方、斜上方以及斜下方，五个方向上所存在的障碍物到使用者间的距离；

步骤300，时刻更新角度传感器的实时数据，根据角度传感器的初始数据以及实时数据计算使用者所产生的躯体角度变化量；

步骤400，根据使用者的躯体角度变化量，修正步骤200中所得到的各个方向上障碍物到使用者间的距离；

步骤500，设置安全范围阈值；

步骤600，判断各个方向上障碍物到使用者间的距离是否小于安全范围阈值，如果是，通过语音形式或者震动形式向使用者作出报警提示。