CN112402197A - 一种基于移动端的智能探障方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过移动端进行智能探障的方法及设备，主要用于服务低视力、盲人视障用户，将其与手机连接后可用于辅助用户探测前方障碍物。基于OTG设备运行状态启动TOF传感器工作。Stm32单片机搭配TOF传感器，最远可对4米内的物体进行探测，测距精准；配备LIS2DW12三轴加速度计，搭载Stm32单片机，支持多种低功耗和低噪声设置；在测距传感器和STM32之间采用IIC协议，运动状态检测与STM32之间采用SPI协议。电源供电取自Type‑C接口通过低压差线性稳压器给芯片和传感器供电。采用2mm×2mm×0.7mm封装，最终完成设备成一个U盘大小，方便使用。

Description

一种基于移动端的智能探障方法及设备

技术领域

本发明属于TOF测距技术、三轴加速计传感器、USB通信技术和电源管理技术，更具体地，涉及一种基于移动端的智能探障方法及设备。

背景技术

在当下社会，对于残障人士的辅助设备越来越多，越来越先进，越来越便捷。其中对于有低视力、盲人视障人士的辅助工具有很多种。使用功能也越来越多。

随着USB技术的发展，使得PC与周边的设备能够通过简单的方式、适度的制造成本，将各种数据传输速度的设备连接在一起。上述提到的应用，都是通过USB连接到PC，并在PC的控制下进行数据交换。但这种方便的交换方式，一旦离开了PC，各设备间无法利用USB口进行操作，因为没有一个从设备能够充当PC一样的主机，因此，如何实现在无PC主机情况下的数据通信，并为视觉障碍患者提供一款方便可靠的辅助性工具是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于移动端的智能探障方法及设备，实现在无PC主机情况下的数据通信，并为视觉障碍患者提供一款方便可靠的辅助性工具。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于移动端的智能探障设备，所述设备通过Type-C接口与所述移动端连接，所述设备包括：控制模块、加速度传感器模块及TOF测距模块；

所述控制模块，用于接收所述移动端发送的工作模式指令；

所述TOF测距模块，用于在所述工作模式指令指示进行探障任务时，若探测到障碍物，则将红外激光在发射与接收的时间信息传递给所述控制模块，由所述控制模块根据所述红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，并在所述障碍物的距离小于预设测距范围时产生报警信息，并将所述报警信息发送给所述移动端，以由所述移动端进行预警，其中，所述预设测距范围为所述控制模块从所述移动端接收；

所述加速度传感器模块，用于将所述设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号传递给所述控制模块，由所述控制模块根据X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，并将所述设备的状态信息发送给所述移动端进行显示。

在一些可选的实施方案中，所述控制模块，用于由d＝T_p×C＝(T_round-T_relay-T_d)/2×C得到障碍物的距离d，其中，T_round表示信号在发射与接收两节点间总的飞行时间，T_relay表示信号在发射与接收两节点间传输、处理的时间，T_p是信号在发射与接收两节点间单次飞行的时间，C表示光在空气中的传播速度，T_d为信号在设备间传输的时间。

在一些可选的实施方案中，当采用n倍过采样模式时，所述控制模块得到的最终障碍物的距离D为：

其中，d_n表示第n次采样得到的距离信息。

在一些可选的实施方案中，所述控制模块，用于将设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号α、β、γ转换为X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，在θ_x、θ_y、θ_z的变动均小于一个阀值|ε|时，开始计时，设θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|的连续时间为t，若t≥第一预设时间，则控制设备进入睡眠状态；若t＜第一预设时间，则在θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，将t设置为0并在下一个θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|且持续所述第一预设时间后开始重新计时；当设备已经进入睡眠状态后，若θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过所述第二预设时间，则设备将被唤醒，重新进入正常工作状态并将时间t置零，等待新一轮的计时。

在一些可选的实施方案中，所述控制模块，用于由

得到X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，其中，

表示X轴与重力加速度g的夹角，λ₁表示Y轴方向与重力加速度g的夹角，

表示Z轴与重力加速度g的夹角。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于移动端的智能探障方法，基于智能探障设备实现，所述设备通过Type-C接口与所述移动端连接，所述方法包括：

接收所述移动端发送的工作模式指令，在所述工作模式指令指示进行探障任务时，若探测到障碍物，则根据红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，并在所述障碍物的距离小于预设测距范围时产生报警信息，并将所述报警信息发送给所述移动端，以由所述移动端进行预警，其中，所述预设测距范围从所述移动端获取；

根据设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，并将所述设备的状态信息发送给所述移动端进行显示。

在一些可选的实施方案中，所述根据红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，包括：

由d＝T_p×C＝(T_round-T_relay-T_d)/2×C得到障碍物的距离d，其中，T_round表示信号在发射与接收两节点间总的飞行时间，T_relay表示信号在发射与接收两节点间传输、处理的时间，T_p是信号在发射与接收两节点间单次飞行的时间，C表示光在空气中的传播速度，T_d为信号在设备间传输的时间。

在一些可选的实施方案中，当采用n倍过采样模式时，由

得到最终障碍物的距离D，其中，d_n表示第n次采样得到的距离信息。

在一些可选的实施方案中，所述根据设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，包括：

将设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号α、β、γ转换为X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，在θ_x、θ_y、θ_z的变动均小于一个阀值|ε|时，开始计时，设θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|的连续时间为t，若t≥第一预设时间，则控制设备进入睡眠状态；若t＜第一预设时间，则在θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，将t设置为0并在下一个θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|且持续所述第一预设时间后开始重新计时；当设备已经进入睡眠状态后，若θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过所述第二预设时间，则设备将被唤醒，重新进入正常工作状态并将时间t置零，等待新一轮的计时。

在一些可选的实施方案中，由

得到X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，其中，

表示X轴与重力加速度g的夹角，λ₁表示Y轴方向与重力加速度g的夹角，

表示Z轴与重力加速度g的夹角。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)采用OTG技术，OTG使USB装置摆脱了原来主从架构的限制，实现了端对端的传输模式。采用TOF传感器，将TOF技术与控制模块(如Stm32F042单片机)相结合，在可测试范围内将实现快速、高精度、低功耗的准确测距，通过低功耗设计的加速度传感器模块，在没有检测到运动时可进入睡眠状态，在进入工作状态时，启动TOF进行测距，可以实现在无PC主机情况下的数据通信，并为视觉障碍患者提供一款方便可靠的辅助性工具。

(2)TOF传感器实时测距，不受目标物体的大小、颜色和反射率的影响，测距速度非常快(几毫秒)能满足用户在接触前面障碍物前发出警报。测距精准，可集成度高，尺寸小。与控制模块(如Stm32单片机)搭配使用，用Stm32驱动TOF传感器发射激光测距，方便多次同步采集。

(3)意法半导体LIS2DW12三轴加速度计具有极高的测量精度、设计灵活性和节能表现，支持多种低功耗和低噪声设置，最后可以采用2mm×2mm×0.7mm封装，体积小，精度高，功耗低，其内置中断引脚用于检测设备的唤醒事件。三轴加速度传感器的好处就是在预先不知道物体运动方向和位置的情况下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。

(4)使用Type-C接口，支持正反面插入，解决了Micro USB接口反插会损坏设备的问题。体积小，能充当电源接口，由移动端给设备供电；数据传输快，能降低信息在传输过程中的时间损耗，使得测距更精准。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种整体设备图；

图2是本发明实施例提供的一种TOF传感器测距原理图；

图3是本发明实施例提供的一种TOF传感器测距流程图；

图4是本发明实施例提供的一种静默功能流程图；

图5是本发明实施例提供的一种界面功能图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请中不对移动端做具体限定，即可以为任意的智能设备，例如，手机，电子笔记本，PDA等等支持Type-C接口的移动端。

在本发明实施例中，提供一种基于Android手机功能扩展的OTG设备，实现手机APP与硬件配置的信息交流。主要适用于视觉障碍患者。用户打开手机APP启动应用，产品与手机搭配使用，通过发射垂直腔面发射激光器VCSEL，使用TOF激光测距将前方的障碍物探查并返回信息，如图1是本发明的整体设备图，包含3个模块：TOF测距模块、基于LIS2DW12的加速度传感器模块和Stm32单片机。TOF测距模块和LIS2DW12将所探测的信息通过控制模块(可以是Stm32F042单片机)Stm32单片机转换为电信号传输给手机的APP做信息处理。

其中，本发明实施例中所使用的TOF测距模块可以采用意法半导体(ST)下的第三代传感器VL53L1X，每秒传输帧数为60fps，测量范围最大400cm。

将Stm32F042单片机、VL53L1XTOF传感器和LIS2DW12三轴加速度传感器集成为一个整体，通过Type-C接口与Android手机连接，由Android手机通过Type-C接口为整个设备供电，正常模式下用户在手机端选定相应工作模式命令后发送给Stm32单片机，Stm32收到命令后调用事先写好的指令驱动TOF传感器进入相应的工作模式；LIS2DW12三轴加速度传感器在系统上电后就一直检测设备运动状态，并将信息传递给Stm32，由Stm32判断是否需要进入静默模式或唤醒模式。Stm32单片机将处理好的设备运动状态信息和TOF传感器测距信息通过Type-C接口定期发送给Android手机APP在界面上显示设备工作情况。

通过TOF传感器实时检测前方是否存在障碍物，如果存在障碍物，测量障碍物距离，获取障碍物距离信息；其前提要求是障碍物距离在可测范围内，提前设置了远、中、近三种不同的测距范围s，根据需求的不同提供不同的选择服务。

如图2是TOF传感器的测距原理图，TOF测距是一种双向测距技术，它通过测量红外激光在发射器和探测目标间往返的飞行时间来计算距离。测量信号一般是红外激光信号，传播速度接近于光速，所以微小的时间偏差就能导致巨大的测量误差，因此TOF传感器测距对精度的要求非常高。但红外测距没有计算时间差的能力，主要靠测光强，但打在黑色、白色等颜色物体上，由于材料本身的吸收度不同，也会影响测距效果，因此ST的Flight Sense采用计算发射和返回的光子时间差，即计算飞行时间(Time of flight，TOF)方案。另外在集成度上，ST的方案是发射和接收都做在一起，而红外测距往往是分立方案。TOF测距不依赖发射节点和接收节点的时间同步，故没有时钟同步偏差带来的误差，但TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，可采用多次测距取平均值的测量方法，即在短时间内多次测量，将信号通过Type-C接口传输给手机APP，在APP上计算飞行时间平均值，以此减小时间误差，从而提高测距精度。

在本发明实施例中，使用Type-C接口，Type-C是一种全新的USB接口，相比于MicroUSB接口，有很多明显的优势。第一，支持盲插，不需要区分正反面就可以直接插入，非常方便；第二，传输速度快，最高理论速度达到了5Gb/s，而USB3.1 Gen 2的Type-C接口的最大传输速率更能达到10Gb/s；第三，拓展能力强，支持音频、视频，快充等，同时还是多个设备共用的基础，完美取代了Micro USB接口。

在仪器测距方面，TOF传感器测距是一种突破性的激光测距，TOF传感器测量光在某介质中行进一段距离所需的时间。通常，这是对脉冲发射光到达物体并反射回到TOF传感器所用时间的测量。TOF传感器则利用TOF测量原理(TOF图像传感器)来确定传感器与物体或周围环境之间距离，并将测量结果反馈给手机。

TOF测距是通过发射器与接收器间信号的收发来实现，由Stm32驱动TOF传感器不断向外发射激光采集距离信息，Stm32单片机周期性的从TOF传感器中读取测距信息并设置过采样模式，包含无采样、2倍过采样、4倍过采样、8倍、16倍、32倍、64倍和128倍过采样，共8种过采样模式。假设发射器发出红外激光，遇障碍物后会反射回来并被接收器接收，由于是光速，1厘米往返只用67皮秒，故测量一次信号的发送到接收的时间非常小，因此，信号在设备接收后，在单片机内做计算处理并上传到手机APP的这段时间不能忽略。因为光速比较快，光子飞行时间比较小，故传感器反应时间不能忽略。假设T_round和T_relay分别表示信号在发出和接收节点间总的飞行时间和传输、处理的时间，T_d为设备在传输过程中因等待、延时、中断等补偿的时间，T_p为信号在发出和接收节点间的单次飞行时间，那么发射器到目标位置的TOF测距距离可以表示为：

d＝T_p×C＝(T_round-T_relay-T_d)/2×C

其中光在空气中的传播速度C＝2.9979×10⁸m/s。

当采用n倍过采样模式时，Stm32单片机使能TOF传感器发射激光频率降低，最终测距可以表示为：

如图3是TOF传感器测距流程图。在打开手机APP后，可以应使用者要求选择测距范围，测距范围包括40cm、2m、4m。测距选择后设备会进入探测工作状态。当TOF传感器探测到障碍物时会将红外激光在发射与接收的时间信息传递给Stm32单片机并转换为电信号，并将处理结果传送到手机APP，在手机APP上做数据处理。当按图3所计算的距离在选择测距范围内时(如选择测距范围为2m内，当计算距离d小于2m时)，若D<S，Stm32内部产生报警信息，并将报警信息传输给手机APP端，通过手机蜂鸣器发出警报提示使用者前方有障碍物；若计算距离在选择范围外，该电信号会被筛选出去并不会做进一步处理，直到接收到距离小于事先选定的测距范围时，才会发出警报。

Stm32单片机配备LIS2DW12三轴加速度计，配备静默模式，精度高，易于唤醒的技术。当OTG设备静止时长达到用户设定的静默时间，停止TOF工作，检测到OTG设备运动启动TOF工作。如图4是本发明的静默功能流程图。使用的是意法半导体LIS2DW12三轴加速度计，是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是一个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。由于三轴加速度传感器也是基于重力原理的，因此用三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的倾角，通过校正后其精度要高于双轴加速度传感器大于测量角度为60度的情况。

在本发明实施例中，加速度传感器模块可以采用低功耗设计的LIS2DW12三轴加速度传感器，加速度计测量物体的加速度，即衡量物体加速或减速的快慢，LIS2DW12三轴加速度计在温度一定的情况下能精准测量出设备在X、Y、Z三个方向上的加速度变化。当设备在X、Y、Z三个方向上的加速度都小于一定值时，可将其默认为静止(因为温度和外部因素原因会有波动)；若此状态持续时间超过若干秒后，将会中断设备电源供电，设备进入停止状态。而当LIS2DW12测量出设备在X、Y、Z中至少一个方向的加速度值发生变化时，将唤醒设备进入正常工作模式。因设备与Android手机相连接，并被使用者随身携带，因此设备在X、Y、Z方向上的运动会比较剧烈，LIS2DW12三轴加速度计的灵敏度和精确度能够满足设备需求。还可将LIS2DW12三轴加速度计与陀螺仪相结合使用，测量精度更加准备，灵敏度更高。

其中，LIS2DW12三轴加速度传感器可以在低于5.8μA的电流消耗实施25Hz的数据输出率(Output Data Rate,ODR)，在没有检测到运动时更可将ODR降低至6.25Hz的唤醒模式，电流消耗可降低至1.4μA。在这种低功耗模式下，运动将促使其回到正常的操作模式，自动提供更高的ODR。在正常模式下，可以根据ODR设定使能低通滤波器带宽限制。由于低噪声功率带宽设定的缘故，测量数据的分辨率得以提高。为了进一步降低系统功耗，器件提供了供数据存储用的FIFO存储器，直到它被装满以后才发出中断信号提醒其获取数据作进一步处理，可使主处理器拥有更多处于低功耗睡眠模式的机会。硬件设计具有检测最常见运动状态的功能，可在这些事件发生时通知主处理器予以处理，这些常见运动包括敲击、自由坠落等等，由此可使系统获得在最短时间内对紧急状况进行处理的能力。意法半导体LIS2DW12三轴加速度计有一个12位输出，可以设成低功耗或低噪声优先模式，每个模式有五种设置，配合每个模式的五种设置，可以节省唤醒系统检查数据所需时间，实现高效的单字节传输，从而最大限度降低系统功耗，延长电池续航时间。因其极高的测量精度，将其运用在设备上，可使设备在事先设置好的30s静止不动后，进入睡眠模式，中断设备工作。当LIS2DW12三轴加速度计感应到设备运动时，唤醒设备。

当设备处于工作状态时，LIS2DW12三轴加速度计会一直处于工作状态，不断的将设备的工作状态记录下来并将其所测的设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号α、β、γ传递给Stm32F042单片机，当设备处于水平静止状态下，其运动状态如下：

α＝0,β＝0,γ＝g (1)

如果各边与水平方向有一些夹角，X轴与水平线的夹角为

与重力加速度g的夹角

同理，Y轴方向与水平线的加速度为λ，与重力加速度g的夹角为λ₁；Z轴方向水平线的加速度为

与重力加速度g的夹角为

其关系满足：

重力加速度g在各个方向上的分量为：

将(2)带入(3)中可得：

由于

则

由加速度守恒可得

g²＝α²+β²+γ² (7)

由此可得

故

其中，g为重力加速度。

可将加速度变化转换为各轴角度变化，考虑到用户使用时有手持和佩戴两种方式，若手持时角度变化较小，佩戴时角度变化较大。故选择手持时的最小角度作为唤醒和进入静默状态的阀值，因为实时监测设备在三个方向上的动态做到十分精准到0显然不可能，而且必须避免由于外部因素影响产生的轻微震动而唤醒设备的问题，所以必须经过多次反复调试才能确定能满足条件的|ε|的值，避免设备被随意唤醒。经过多次测试，阀值|ε|可取为3°。故进入静默状态的条件为：

θ_x＜3°andθ_y＜3°andθ_z＜3° (10)

并且持续时间超过第一预设时间(如30s)，设备进入静默状态。

其中，静默状态包括手机进入睡眠模式，CPU CLK关闭，对其他时钟和模拟时钟无影响。其特点是能够立即进入休眠状态或立即被唤醒。睡眠模式为WFE(等待事件)模式，设置其唤醒事件为：当设备处于静默状态时，CPU CLK处于关闭状态。当θ_x、θ_y、θ_z中至少一项大于设定阀值|ε|时，使能CPU CLK时钟，设备被唤醒；具体判断过程如下：

判断静默状态下LIS2DW12三轴加速度传感器实时传输的设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号，判断设备是否存在X、Y、Z三个方向中至少有一个方向上的速度超出速度阀值，如果存在，设备被唤醒；由于加速度和速度的阀值不易判定，故将三轴加速度传感器的加速度值转换为角度值。故唤醒时的满足条件为：

θ_x＞3°orθ_y＞3°orθ_z＞3° (11)

且持续时间超过第二预设时间(如3s)，设备被唤醒。

其中，可以通过配备智能运动检测传感器，配备定时器，当设备进入静默状态时开始计时t，当t＞第二预设时间时停止传输TOF传感器的数据。

具体工作过程如下：

当θ_x、θ_y、θ_z的变动均小于一个阀值|ε|时，计时器开始计时，设θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|的连续时间为t，若t≥第一预设时间时，设备进入睡眠状态，电流消耗可降低至1.4μA，停止一切工作模式，电源进入低功耗模式；若t＜第一预设时间时，θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，将t设置为0并在下一个θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|且持续第一预设时间后开始重新计时。当设备已经进入低功耗模式后，在这种低功耗模式下，运动将促使其回到正常的操作模式，即θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，设备将被唤醒，重新进入正常工作状态并将时间t置零，等待新一轮的计时。同时该功能省去了定位功能，降低了成本。

Stm32单片机使用Type-C口，可与安卓手机连接，信息传输速度快，同时可提供供电功能，节约使用材料。能加速信息在设备与手机端的信息传输，降低在测距工程中的T_relay的值，能提供静默模式下LIS2DW12三轴加速度传感器的内部供电以及正常模式下驱动整个设备运作的电源供应，支持大功率传输，最大可达100W，支持整个设备的电源供应。Stm32单片机搭配Type-C口能满足设备体型小的要求，整体成型为一个U盘大小；支持正反对称插拔，解决USB接口反向插入无法插入甚至损坏硬件的问题；能够降低数据在设备传输过程中所消耗的时间，传输速度较快，最大数据传输速度可以达到10Gbit/秒。

该功能旨在进一步降低设备功耗。因设备成品较小，通过Type-C接口与手机相连接，其供电也有手机提供，故要求尽可能的降低设备的功耗。该静默功能减少不必要的功率耗损，降低设备的工作时间，是该产品的理想选择。

如图5为本发明界面功能图，主界面包括反馈模式、静默模式、工作模式。其中反馈模式包括震动模式，响铃模式和语音播报功能，以三种不同的方式来为用户提供前方探索到障碍物的警报功能。静默时间设置可以自动设置设备的进入静默模式的等待时间，默认为30s，可由用户根据自身情况自由选择。在模式选择界面，可以选择TOF测距的远中近三种警报距离的工作模式。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于移动端的智能探障设备，其特征在于，所述设备通过Type-C接口与所述移动端连接，所述设备包括：控制模块、加速度传感器模块及TOF测距模块；

所述控制模块，用于接收所述移动端发送的工作模式指令；

所述TOF测距模块，用于在所述工作模式指令指示进行探障任务时，若探测到障碍物，则将红外激光在发射与接收的时间信息传递给所述控制模块，由所述控制模块根据所述红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，并在所述障碍物的距离小于预设测距范围时产生报警信息，并将所述报警信息发送给所述移动端，以由所述移动端进行预警，其中，所述预设测距范围为所述控制模块从所述移动端接收；

所述加速度传感器模块，用于将所述设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号传递给所述控制模块，由所述控制模块根据X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，并将所述设备的状态信息发送给所述移动端进行显示。

2.根据权利要求1所述的智能探障设备，其特征在于，所述控制模块，用于由d＝T_p×C＝(T_round-T_relay-T_d)/2×C得到障碍物的距离d，其中，T_round表示信号在发射与接收两节点间总的飞行时间，T_relay表示信号在发射与接收两节点间传输、处理的时间，T_p是信号在发射与接收两节点间单次飞行的时间，C表示光在空气中的传播速度，T_d为信号在设备间传输的时间。

3.根据权利要求2所述的智能探障设备，其特征在于，当采用n倍过采样模式时，所述控制模块得到的最终障碍物的距离D为：

其中，d_n表示第n次采样得到的距离信息。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的智能探障设备，其特征在于，所述控制模块，用于将设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号α、β、γ转换为X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，在θ_x、θ_y、θ_z的变动均小于一个阀值|ε|时，开始计时，设θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|的连续时间为t，若t≥第一预设时间，则控制设备进入睡眠状态；若t＜第一预设时间，则在θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，将t设置为0并在下一个θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|且持续所述第一预设时间后开始重新计时；当设备已经进入睡眠状态后，若θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过所述第二预设时间，则设备将被唤醒，重新进入正常工作状态并将时间t置零，等待新一轮的计时。

5.根据权利要求4所述的智能探障设备，其特征在于，所述控制模块，用于由

得到X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，其中，

表示X轴与重力加速度g的夹角，λ₁表示Y轴方向与重力加速度g的夹角，

表示Z轴与重力加速度g的夹角。

6.一种基于移动端的智能探障方法，其特征在于，基于智能探障设备实现，所述设备通过Type-C接口与所述移动端连接，所述方法包括：

接收所述移动端发送的工作模式指令，在所述工作模式指令指示进行探障任务时，若探测到障碍物，则根据红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，并在所述障碍物的距离小于预设测距范围时产生报警信息，并将所述报警信息发送给所述移动端，以由所述移动端进行预警，其中，所述预设测距范围从所述移动端获取；

根据设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，并将所述设备的状态信息发送给所述移动端进行显示。

7.根据权利要求6所述的智能探障方法，其特征在于，所述根据红外激光在发射与接收的时间信息得到障碍物的距离，包括：

由d＝T_p×C＝(T_round-T_relay-T_d)/2×C得到障碍物的距离d，其中，T_round表示信号在发射与接收两节点间总的飞行时间，T_relay表示信号在发射与接收两节点间传输、处理的时间，T_p是信号在发射与接收两节点间单次飞行的时间，C表示光在空气中的传播速度，T_d为信号在设备间传输的时间。

8.根据权利要求7所述的智能探障方法，其特征在于，当采用n倍过采样模式时，由

得到最终障碍物的距离D，其中，d_n表示第n次采样得到的距离信息。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的智能探障方法，其特征在于，所述根据设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号判断所述设备的工作状态，若所述设备在预设时间内不工作，则控制所述设备进入睡眠状态，并在所述设备进入工作状态时，控制所述设备进入唤醒状态，包括：

将设备在X、Y、Z三个轴的加速度信号α、β、γ转换为X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，在θ_x、θ_y、θ_z的变动均小于一个阀值|ε|时，开始计时，设θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|的连续时间为t，若t≥第一预设时间，则控制设备进入睡眠状态；若t＜第一预设时间，则在θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过第二预设时间时，将t设置为0并在下一个θ_x、θ_y、θ_z变动均小于一个阀值|ε|且持续所述第一预设时间后开始重新计时；当设备已经进入睡眠状态后，若θ_x、θ_y、θ_z中至少有一个大于|ε|且持续时间超过所述第二预设时间，则设备将被唤醒，重新进入正常工作状态并将时间t置零，等待新一轮的计时。

10.根据权利要求9所述的智能探障方法，其特征在于，由

得到X、Y、Z三个轴的角度值θ_x、θ_y、θ_z，其中，

表示X轴与重力加速度g的夹角，λ₁表示Y轴方向与重力加速度g的夹角，

表示Z轴与重力加速度g的夹角。

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