[發明專利]一種基于多超聲波傳感器的導盲避碰裝置及其控制算法

無效

• 申請號: 201110230493.4
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102385056A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 王璇;王海燕;閆永勝;申曉紅;張譯欠;李保軍;白峻;楊伏洲;梁武;花飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;A61H3/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種基于多超聲波傳感器的導盲避碰裝置，包括多個收發一體的超聲波傳感器、超聲波發射驅動電路、超聲波接收驅動電路、程控開關切換電路、主控制器、蜂鳴提醒電路、震動提醒電路和溫度傳感器，其特征在于：主控制器控制溫度傳感器采集環境溫度信息，在程控開關切換電路的控制下，采取循環掃描方式逐個驅動超聲波傳感器循環工作，主控制器通過超聲波發射驅動電路驅動收發一體超聲波傳感器的探頭發射超聲波脈沖，當超聲波遇到障礙物后反射并經過探頭接收后，經過超聲波接收驅動電路的放大、濾波、和固定電平比較之后，將得到的信號傳輸至主控制器，主控制器計算發射與接收時間差Δt，依據之前采集到的環境溫度得出當前環境溫度下的聲速c≈c₀+0.607T，其中c₀＝331.45m/s，T為當前環境的攝氏溫度，進而計算每個超聲波傳感與障礙物之間距離采用模糊導盲控制算法計算出盲人的行走方向，通過蜂鳴提醒電路發出障礙報警，并通過安裝在使用者身體不同部位的震動提醒電路給出不同的行走方向。

2.根據權利要求1所述的基于多超聲波傳感器的導盲避碰裝置，其特征在于：所述的多個超聲波傳感器以腰帶方式置于盲人身體中部位置，傳感器布放于腰帶之上，傳感器之間存在水平夾角α，20°≤α≤40°。

3.根據權利要求1所述的基于多超聲波傳感器的導盲避碰裝置，其特征在于：所述的超聲波接收驅動電路包括放大電路、濾波電路和檢測電路，放大電路采用2～3級放大，輸出信號給濾波電路，濾波電路采用中心頻率為發射脈沖信號頻率的帶通濾波器，回波信號經過濾波、放大之后，進入信號檢測電路，該檢測電路依據檢測到的衰減的信號特性進行檢測，輸出一個與回波信號有關的三角脈沖信號，該信號與固定電平通過比較器比較輸出方波脈沖信號，該信號的上升沿代表接收回波時刻，該時刻與觸發超聲波發射驅動模塊工作的時刻之差就是發射與接收時間差Δt。

4.一種權利要求1所述基于多超聲波傳感器的導盲避碰裝置的控制算法，其特征在于包括下述步驟：

(1)建立以盲人正前方為0°，以盲人左手方向為正方向的坐標系，將全體超聲波傳感器的視野范圍分為{右前(-60°～-40°)，前方(-40°～40°)，左前(40°～60°)}，依據右前隸屬度函數前方隸屬度函數左前隸屬度函數確定傳感器與障礙物之間的方向隸屬度函數關系，其中θ是傳感器與正前方之間的夾角；將障礙物距離分為{近(≤150cm)，中(150cm～450cm)，遠(≥450cm)}，依據近距離隸屬度函數d1=1d<150300-d150150≤d≤3000d>300,]]>中距離隸屬度函數d2=0d<150d-150150150≤d≤300450-d150300<d≤4501d>450,]]>遠距離隸屬度函數d3=0d<300d-300150300≤d≤1501d>450]]>確定傳感器與障礙物之間的距離隸屬度函數關系，其中d是傳感器測出的距障礙物的距離；

(2)分別以角度α，0，-α為橫坐標，查找步驟(1)中方向隸屬度函數曲線，得出每個方向上的超聲波傳感器相對于角度的函數值a_ij，其中α為傳感器之間夾角，組成矩陣得到多傳感器的方向隸屬度函數矩陣A＝(a_ij)_n×3，其中，n為多傳感器的數目，i代表第i個傳感器，j表示方向；以n個傳感器測得的距障礙物的距離為橫坐標，查找步驟(1)中的距離隸屬度函數曲線，得出超聲波傳感器相對于距離的函數值s_pq，組成矩陣得到多傳感器距離隸屬度函數值矩陣S＝(s_pq)_3×n，其中，p代表距離，q代表第q個傳感器；

(3)得出障礙物距離和方向的隸屬度關系矩陣R＝SoA，其中o表示矩陣合成關系，矩陣合成采用模糊數學中的基于min-max規則的乘法；

(4)將矩陣R中第一行向量二值化處理得到向量V′，表示障礙物所處方向，由此得出距離最近的障礙物的方向信息；

(5)構建多傳感器模糊控制規則表如下所示：

表中，TL代表左轉，GS代表前進，TR代表右轉，1代表存在障礙物，0代表沒有障礙物，ST代表停止；

(6)依據步驟(4)中得出的向量V′查多傳感器模糊控制規則表，得出盲人行走動作，進而輸出行走提醒信息。