CN211132017U

CN211132017U - 一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖

Info

Publication number: CN211132017U
Application number: CN201920669860.2U
Authority: CN
Inventors: 程海凭; 王艳; 单纯玉
Original assignee: Shanghai University of Medicine and Health Sciences
Current assignee: Shanghai University of Medicine and Health Sciences
Priority date: 2019-05-11
Filing date: 2019-05-11
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2029-05-11

Abstract

本实用新型公开了一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，包括导盲杖本体和设置在导盲杖本体内的控制电路板，控制电路板包括单片机、多个超声测距模块、多个振动选择开关、多个激励电压产生器，单片机与多个超声测距模块、多个振动选择开关连接，多个振动选择开关分别与多个激励电压产生器连接，多个激励电压产生器均连接调压器输出端连接；激励电压产生器包括二极管D、升压变压器B以及压电振动片T，升压变压器B初级两端连接二极管D，升压变压器B次级两端连接压电振动片T。本实用新型使电子导盲杖的探测范围扩大到一个面，使盲人感知到一定范围内障碍物的二维分布，大大增加了对障碍物的感知信息，可以探测移动目标。

Description

一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖。

背景技术

导盲杖用于帮助盲人出行探查前方不远处地面的障碍物，过去通常是一根简单的手杖，近年来出现了电子导盲杖。电子导盲杖较多采用超声波测距原理。它是利用超声波遇到障碍物会产生反射波，并且超声波在空气中传播速度基本不变的特性。只要测出超声波从发射一刻到遇到障碍物产生的反射波回到原来发射点的时间，就可以计算出障碍物的距离。超声波发射、接收并产生出障碍物回波传播时间的超声测距电路已经有模块化产品。大多数电子导盲杖利用超声测距模块测出障碍物距离，然后通过震动、语音等方式提示，以起到导盲的作用。但是这些产品只能提供单一方向上路障的信息，探测视野比较狭窄。

还有的电子导盲杖产品用微型摄像机进行摄像，通过图像分析软件得出图像特征，然后用语音进行描述和提醒。但是语言只能描述环境的一些特征信息，并不直观和具体。

人的感觉器官有视、听、触、嗅、味、冷热等，其中视觉接收的信息量是最大的。视觉能感知物体的二维轮廓信息，以及明暗和色彩信息。当视觉受损以后，没有其他感觉器官能够完全替代视觉的作用。在其他感觉中，只有触觉和冷热觉在人体上呈现二维分布。特别有用的是触觉，人体有些部位的触觉非常敏感和精细。借助一定方法，有可能让盲人通过触觉感知二维信息，从而部分替代视觉的二维信息感知功能。

在各种触觉再现方法中，振动刺激产生的触觉由于刺激灵活、实现装置简单、脉冲参数精确可控等特点而受到研究者广泛关注。振动触觉是用振动体给予皮肤物理刺激产生感受，并在刺激过程中通过改变振动的强度、频率等参数而使人产生不同的刺激感觉的一种触觉再现方法。振动刺激比电刺激的好处是，只要振动面积稍大，刺激没有痛感，而电刺激容易造成疼痛。但目前还没有一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖技术方案。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，通过增加超声波探测的范围，并且通过给盲人皮肤多点可变频率的振动刺激的方式，可以获得障碍物在一个区域内实时的二维远近信息，以帮助盲人更好地感知环境。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，包括导盲杖本体和设置在导盲杖本体内的控制电路板，所述控制电路板包括单片机、多个超声测距模块、多个振动选择开关、多个激励电压产生器，所述单片机与多个超声测距模块、多个振动选择开关连接，所述多个振动选择开关分别与多个激励电压产生器连接，所述多个激励电压产生器均连接调压器输出端连接；所述激励电压产生器包括二极管D、升压变压器B以及压电振动片T，所述升压变压器B初级两端连接二极管D，所述升压变压器B次级两端连接压电振动片T。

优选的，所述调压器包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R2、可调电阻W、电容C1，所述NPN三极管Q1、PNP三极管Q2基极通过电阻R2连接可调电阻W可调端，所述可调电阻W一端通过开关SW接5V电源，所述可调电阻W另一端接地，所述NPN三极管Q1、PNP三极管Q2发射极连接电容C1一端以及升压变压器B初级，所述电容C1另一端接地，所述NPN三极管Q1集电极通过开关SW接5V电源，所述PNP三极管Q2集电极接地。

优选的，所述振动选择开关为N型场效应管IRF840，所述N型场效应管IRF840栅极连接单片机，所述N型场效应管IRF840漏极连接升压变压器B初级，所述N型场效应管IRF840源极接地。

优选的，所述各个超声测距模块与各个振动选择开关、各个激励电压产生器相对应，且激励电压产生器输出的振动频率与超声测距模块测得障碍物的距离成反比。

优选的，所述升压变压器B初级和次级的匝数比为1:40。

本实用新型的有益效果是：

1、采用了二维分布的多束超声波扫描，使电子导盲杖的探测范围扩大到一个面。

2、应用了多点可变频率的振动刺激，使盲人感知到一定范围内障碍物的二维分布，大大增加了对障碍物的感知信息。

3、基于不间断地超声探测和实时给盲人振动刺激信息，障碍物在这个范围内的移动也可以被感知到，使探测可以针对移动目标。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地阐明本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本实用新型基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖原理框图；

图2为本实用新型基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖具体实现方案电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，包括导盲杖本体和设置在导盲杖本体内的控制电路板，控制电路板包括单片机、多个超声测距模块、多个振动选择开关、多个激励电压产生器，单片机与多个超声测距模块、多个振动选择开关连接，多个振动选择开关分别与多个激励电压产生器连接，多个激励电压产生器均连接调压器输出端连接；激励电压产生器包括二极管D、升压变压器B以及压电振动片T，升压变压器B初级两端连接二极管D，升压变压器B次级两端连接压电振动片T。

其中，调压器包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R2、可调电阻W、电容C1，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2基极通过电阻R2连接可调电阻W可调端，可调电阻W一端通过开关SW接5V电源，可调电阻W另一端接地，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2发射极连接电容C1一端以及升压变压器B初级，电容C1另一端接地，NPN三极管Q1集电极通过开关SW接5V电源，PNP三极管Q2集电极接地。振动选择开关为N型场效应管IRF840，N型场效应管IRF840栅极连接单片机，N型场效应管IRF840漏极连接升压变压器B初级，N型场效应管IRF840源极接地。各个超声测距模块与各个振动选择开关、各个激励电压产生器相对应，且激励电压产生器输出的振动频率与超声测距模块测得障碍物的距离成反比。升压变压器B初级和次级的匝数比为1:40。

工作时：微控制器轮流启动各个超声测距模块，并接收和解算它们的测距信息。它根据测距信息输出相应频率的控制脉冲电压，启动相应压电振动片振动。这个振动频率与障碍物的距离成反比，振动频率越高代表障碍物离盲人的距离越近，以此将距离信息传递给盲人。

面板调节旋钮W可以调节变压器的初级电压，从而调节压电片的激励脉冲幅值，使振动强度得到调节。具体原理是：Q1、Q2、W、C1等组成的调压电路中，W的可调端可以得到一个在0到+5V之间的调节电压，经过R2加到Q1、Q2的基极，R2的作用是限制电流。这个调节电压与C1上的充电电压比较。当调节电压高于C1上的充电电压时，Q1导通，电池通过Q1的集电极到发射极向C1充电，直到C1上的充电电压约等于调节电压；当调节电压低于C1上的充电电压时，Q2导通，C1上的充电电压通过Q2的发射极到集电极向地放电，直到C1上的充电电压约等于调节电压。所以，W可以调节C1上的充电电压，C1是储能电容，它的充电电压就是当激励管Q3-Q6开通时，给变压器B1-B4的初级电压。变压器按1:40的固定比例升压，在次级得到对压电振动片的激励电压。因为C1上的电压可以调节，所以对压电振动片的激励电压也能得到调节。

变压器B1-B4初级分别接的二极管D1-D4，它的作用是抑制变压器反峰电压对Q3-Q6的冲击。比如第一组振动选择开关电路，如果没有二极管，当Q3导通时，变压器初级受到一个上正下负的电压激励，内部产生上正下负的抵抗电压；当Q3截止时，变压器初级内部产生上负下正的抵抗电压，这个电压与C1上的电压相等，并与C1电压串联，使得Q3源极受到2倍电压的冲击，对它的电压耐受性提出挑战。如果接上二极管，在Q3截止时，变压器初级内部产生的上负下正的抵抗电压将被二极管导通泄放，从而保护Q3免受较高的电压冲击。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，其特征在于：包括导盲杖本体和设置在导盲杖本体内的控制电路板，所述控制电路板包括单片机、多个超声测距模块、多个振动选择开关、多个激励电压产生器，所述单片机与多个超声测距模块、多个振动选择开关连接，所述多个振动选择开关分别与多个激励电压产生器连接，所述多个激励电压产生器均连接调压器输出端连接；所述激励电压产生器包括二极管D、升压变压器B以及压电振动片T，所述升压变压器B初级两端连接二极管D，所述升压变压器B次级两端连接压电振动片T。

2.如权利要求1所述的一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，其特征在于：所述调压器包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R2、可调电阻W、电容C1，所述NPN三极管Q1、PNP三极管Q2基极通过电阻R2连接可调电阻W可调端，所述可调电阻W一端通过开关SW接5V电源，所述可调电阻W另一端接地，所述NPN三极管Q1、PNP三极管Q2发射极连接电容C1一端以及升压变压器B初级，所述电容C1另一端接地，所述NPN三极管Q1集电极通过开关SW接5V电源，所述PNP三极管Q2集电极接地。

3.如权利要求1所述的一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，其特征在于：所述振动选择开关为N型场效应管IRF840，所述N型场效应管IRF840栅极连接单片机，所述N型场效应管IRF840漏极连接升压变压器B初级，所述N型场效应管IRF840源极接地。

4.如权利要求1所述的一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，其特征在于：所述各个超声测距模块与各个振动选择开关、各个激励电压产生器相对应，且激励电压产生器输出的振动频率与超声测距模块测得障碍物的距离成反比。

5.如权利要求1所述的一种基于多点振动频率传递信息的二维超声导盲杖，其特征在于：所述升压变压器B初级和次级的匝数比为1:40。