CN112799073A - 一种超声波测距传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波测距传感器，初始状态，超声波收发模块位于手持件的底部，并实时测量前方障碍物到手持件的距离d1，当距离d1小于预设距离D1时，驱动模块驱动超声波收发模块沿手持件运动，计时模块开始计时，直至超声波收发模块测量的距离d2大于预设距离D2或超声波收发模块运动到手持件的顶部；当超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2时，计算模块根据角度、工作时长和驱动速度获取障碍物高度，第一语音模块进行输出；当超声波收发模块运动到手持件的顶部时，报警模块进行报警。该超声波测距传感器不仅能测出前方是否有障碍物，还能测出障碍物的高度，便于盲人知道障碍物的大小并判断自己能否跨过该障碍物。

Description

一种超声波测距传感器

技术领域

本发明涉及超声波测距技术领域，尤其涉及一种超声波测距传感器。

背景技术

超声波测距传感器因具有频率高、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特性在各个领域广泛应用。

专利号为：CN105943325B的发明专利公开了一种导盲设备，包括：杖体、处理器、两个超声波测距模块和声音输出模块，所述超声波测距模块，包括步进电机和超声波测距传感器；两个超声波测距传感器分别用于探测使用者前下方障碍物和前上方障碍物；所述处理器中记录有每个所述超声波测距传感器的探头的指向与该超声波测距传感器上侧的杖体的夹角信息，所述处理器用于在所述超声波测距传感器探测到障碍物时，基于所述超声波测距传感器测到的距离、该时刻步进电机的旋转角度以及所述夹角信息，控制所述声音输出模块输出用于提示使用者障碍物位置的声音。本方案解决了现有技术中的导盲设备无法针对障碍物提供准确的位置信息的问题。

但是，该专利文件中的超声波测距传感器只能检测盲人前方有无障碍物，却无法识别障碍物的高度，当检测出盲人前面有障碍物时，由于盲人不知道障碍物的大小，盲人无法知道自身能否跨越该障碍物，内心反而会产生恐慌，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波测距传感器，不仅能测出前方是否有障碍物，还可以测出障碍物的大致高度，便于盲人知道障碍物的大小并判断自己能否跨过该障碍物，减少内心的恐慌。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超声波测距传感器，包括手持件，设置于所述手持件内部的超声波收发模块、控制模块、第一语音模块、计时模块、计算模块、角度模块、报警模块以及用于驱动所述超声波收发模块沿所述手持件上下滑动驱动模块；

其中，所述超声波收发模块与所述手持件呈夹角设置，且所述超声波收发模块发出的超声波与水平面平行，用于实时获取障碍物与所述手持件的距离；

所述计时模块，用于获取所述超声波收发模块单次沿所述手持件向上滑动的工作时长t；

所述角度模块，用于实时获取所述手持件与地面的角度θ；

使用时，使用者手持所述手持件的顶部，所述手持件的底部与地面接触；初始状态时，所述超声波收发模块位于所述手持件的底部，并实时测量所述手持件前方的障碍物到所述手持件的距离d1，当所述距离d1小于预设距离D1时，所述控制模块控制所述驱动模块驱动所述超声波收发模块沿所述手持件顶部运动，且控制所述计时模块开始计时，直至所述超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2或所述超声波收发模块运动到所述手持件的顶部；

当所述超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2时，所述计算模块根据所述角度θ、所述工作时长t以及驱动模块的驱动速度v获取所述障碍物的高度，并通过所述第一语音模块进行输出；

当所述超声波收发模块运动到所述手持件的顶部时，所述报警模块进行报警。

优选地，所述预设距离D2为：

D2＝D1+vtcosθ+L；

其中，L为偏差值。

优选地，所述障碍物的高度为：

H＝vtsinθ；

其中，H表示障碍物的高度。

优选地，还包括判断模块和第二语音播报单元；

所述判断模块用于根据所述距离d1和所述距离d2获取所述超声波收发模块的停靠位置；

当所述距离d1>距离d2时，所述超声波收发模块停靠在末尾位置；其中，所述末尾位置为所述手持件的顶部或所述距离d2大于所述预设距离D2的位置；

当所述距离d1<距离d2时，所述超声波收发模块停靠在初始位置；

当所述距离d1＝距离d2时，所述超声波收发模块停靠在所述初始位置或所述在末尾位置；

所述第二语音报警模块用于播报所述超声波收发模块的停靠位置以及所述停靠位置至所述障碍物的距离d3。

优选地，还包括复位模块，当所述距离d3＝0，且所述超声波收发模块位于所述末尾位置时，所述复位模块用于控制所述驱动模块驱动所述超声波收发模块回到所述初始位置。

优选地，所述手持件的顶部设置有定位件，且所述定位件与所述超声波收发模块朝向同一侧。

优选地，还包括调节模块，所述调节模块用于调节所述超声波收发模块与所述手持件的夹角，使得所述超声波收发模块发出的超声波始终与水平面平行。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、不仅能测出前方是否有障碍物，还可以测出障碍物的大致高度，便于盲人知道障碍物的大小并判断自己能否跨过该障碍物，减少内心的恐慌；

2、实时播报障碍物的距离，便于盲人作出下一步动作；

3、超声波收发模块发出的超声波始终与水平面平行，便于在不同场景下的使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的流程示意图；

图2为本方明一种障碍物检测示意图；

图3为本方明一种障碍物检测示意图；

图4为本方明一种障碍物检测示意图；

图5为本方明一种障碍物检测示意图。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

一种超声波测距传感器，包括手持件，设置于手持件内部的超声波收发模块、控制模块、第一语音模块、计时模块、计算模块、角度模块、报警模块、电池模块、调节模块以及用于驱动超声波收发模块沿手持件上下滑动驱动模块；

其中，计时模块，用于获取超声波收发模块单次沿手持件向上滑动的工作时长t；

电池模块，用于给超声波收发模块、控制模块、第一语音模块、计时模块、计算模块、角度模块、报警模块、调节模块以及驱动模块供电。

另外，由于在具体使用时，盲人需要用盲杖进行探路，探路过程中，盲杖与地面存在一定夹角，因此，在本申请中，超声波收发模块与手持件呈夹角设置，同时还设置调节模块，用于根据角度模块实时测量的手持件与地面的角度θ，调节超声波收发模块与手持件之间的角度，使得不同身高的人或相同身高的人在不同场景下使用时，超声波收发模块发出的超声波均与水平面平行，从而保证前方障碍物与手持件距离的精准度；

具体使用时，如图1-5所示，使用者手持手持件的顶部，手持件的底部与地面接触；初始状态时，超声波收发模块位于手持件的底部，并实时测量手持件前方的障碍物到手持件的距离d1，当距离d1小于预设距离D1时，控制模块控制驱动模块驱动超声波收发模块沿手持件顶部运动，同时控制计时模块开始计时，直至超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2或超声波收发模块运动到手持件的顶部；

当超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2时，计算模块根据角度θ、工作时长t以及驱动模块的驱动速度v获取障碍物的高度，并通过第一语音模块进行输出；

当超声波收发模块运动到手持件的顶部时，报警模块进行报警。

由于路况复杂，障碍物的尺寸可能比较小(例如小的砖块、门槛或足球等)，也可能很大(比如车辆、集装箱或者桌子等)，而盲人无法获知障碍物的具体形状和大小，因此，在本申请中，以障碍物尺寸为依据，设置了报警模式和语音播报模式，其中，当超声波收发模块从初始状态检测到一定范围内的障碍物开始，到超声波收发模块运动到手持件的顶部为止为报警模式，在这一过程中，超声波收发模块并没有获取到障碍物的实际高度，但是，由于手持件的顶部一般位于人体腰部左右，而人体能轻松跨越的障碍物并没有这么高，因此，通过报警模块发出报警声，以提醒使用者无法跨越该障碍物，需要绕道而行，如图5所示。

当超声波收发模块从初始状态检测到一定范围内的障碍物开始，到超声波收发模块运动到距离d2大于预设距离D2为止为语音播报模式，在这一过程中，通过获取超声波收发模块的运动时长t，手持件与地面的角度θ以及驱动模块的驱动速度v，可以获取障碍物的实际高度H，H＝vtsinθ；并通过第一语音模块进行播报，从而使使用者根据自身情况进行判断，是跨越该障碍物或是绕道而行。其中，预设距离D2为：D2＝D1+vtcosθ+L，L为偏差值，在本实施例中取30cm。如图2-图4所示。

另外，由于障碍物的形态具有多样性，如图2-图5所示，其中，图2和图5为理想状态下的障碍物形态，但实际生活中，障碍物的形态大多不规则，如图3和图4所示，图3中，由于障碍物向前方倾斜(远离使用者侧)，从而导致障碍物的底部最先接触到使用者；图4中，由于障碍物向后方倾斜(靠近使用者侧)，从而导致障碍物向后方倾斜的部分最先接触到使用者。

基于此，在本实施例中，还设置有判断模块、第二语音播报单元以及复位模块；

其中，判断模块用于根据距离d1和距离d2获取超声波收发模块的停靠位置；

当距离d1>距离d2-vtcosθ时，说明障碍物向后方倾斜，障碍物顶部到使用者的距离小于障碍物底部到使用者的距离，当使用者继续前行，障碍物的顶部最先与使用者先接触，因此超声波收发模块停靠在末尾位置(手持件的顶部或距离d2大于预设距离D2的位置)，并实时测量障碍物到超声波收发模块停靠位置的距离d3；

当距离d1<距离d2-vtcosθ时，说明障碍物向前方倾斜，障碍物顶部到使用者的距离大于障碍物底部到使用者的距离，当使用者继续前行，障碍物的底部最先与使用者接触，因此超声波收发模块停靠在初始位置，并实时测量障碍物到超声波收发模块停靠位置的距离d3；

当距离d1＝距离d2-vtcosθ时，说明障碍物形态较规则，超声波收发模块可以停靠在初始位置或在末尾位置，并实时测量障碍物到超声波收发模块停靠位置的距离d3。

第二语音报警模块用于播报超声波收发模块的停靠位置，以及停靠位置至障碍物的距离d3，从而告知使用者距离障碍物的距离以及障碍物大致形状，便于使用者及时应对该障碍物。

复位模块用于控制驱动模块驱动超声波收发模块回到初始位置，其中，控制条件为：距离d3＝0，且超声波收发模块位于末尾位置。从而使得超声波收发模块可以开启下一个障碍物的检测。

进一步地，为了使得使用者正确的使用该超声波测距传感器(避免超声波收发模块背对前进方向)，手持件的顶部还设置有定位件，且定位件与超声波收发模块朝向同一侧。使用时，使用者通过触碰定位件的位置以判断是否正确使用该超声波测距传感器。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超声波测距传感器，其特征在于，包括手持件，设置于所述手持件内部的超声波收发模块、控制模块、第一语音模块、计时模块、计算模块、角度模块、报警模块电池模块以及用于驱动所述超声波收发模块沿所述手持件上下滑动驱动模块；

其中，所述超声波收发模块与所述手持件呈夹角设置，且所述超声波收发模块发出的超声波与水平面平行，用于实时获取障碍物与所述手持件的距离；

所述计时模块，用于获取所述超声波收发模块单次沿所述手持件向上滑动的工作时长t；

所述角度模块，用于实时获取所述手持件与地面的角度θ；

所述电池模块，用于提供电源；

使用时，使用者手持所述手持件的顶部，所述手持件的底部与地面接触；初始状态时，所述超声波收发模块位于所述手持件的底部，并实时测量所述手持件前方的障碍物到所述手持件的距离d1，当所述距离d1小于预设距离D1时，所述控制模块控制所述驱动模块驱动所述超声波收发模块沿所述手持件顶部运动，且控制所述计时模块开始计时，直至所述超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2或所述超声波收发模块运动到所述手持件的顶部；

当所述超声波收发模块实时测量的距离d2大于预设距离D2时，所述计算模块根据所述角度θ、所述工作时长t以及驱动模块的驱动速度v获取所述障碍物的高度，并通过所述第一语音模块进行输出；

当所述超声波收发模块运动到所述手持件的顶部时，所述报警模块进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，所述预设距离D2为：

D2＝D1+vtcosθ+L；

其中，L为偏差值。

3.根据权利要求1所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，所述障碍物的高度为：

H＝vtsinθ；

其中，H表示障碍物的高度。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，还包括判断模块和第二语音播报单元；

所述判断模块用于根据所述距离d1和所述距离d2获取所述超声波收发模块的停靠位置；

当所述距离d1>距离d2时，所述超声波收发模块停靠在末尾位置；其中，所述末尾位置为所述手持件的顶部或所述距离d2大于所述预设距离D2的位置；

当所述距离d1<距离d2时，所述超声波收发模块停靠在初始位置；

当所述距离d1＝距离d2时，所述超声波收发模块停靠在所述初始位置或所述在末尾位置；

所述第二语音报警模块用于播报所述超声波收发模块的停靠位置，以及所述停靠位置至所述障碍物的距离d3。

5.根据权利要求4所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，还包括复位模块，当所述距离d3＝0，且所述超声波收发模块位于所述末尾位置时，所述复位模块用于控制所述驱动模块驱动所述超声波收发模块回到所述初始位置。

6.根据权利要求4所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，所述手持件的顶部设置有定位件，且所述定位件与所述超声波收发模块朝向同一侧。

7.根据权利要求4所述的一种超声波测距传感器，其特征在于，还包括调节模块，所述调节模块用于调节所述超声波收发模块与所述手持件的夹角，使得所述超声波收发模块发出的超声波始终与水平面平行。

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