[發(fā)明專利]基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210077082.0
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102631279A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉紀紅;王倩倩;程新
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: A61H3/06
• 分類號: A61H3/06
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀，包括AD轉(zhuǎn)換模塊、主控制處理模塊、晶振及鎖相環(huán)電路、語音模塊、電源管理模塊和按鍵模塊，上述模塊統(tǒng)一密封在殼體內(nèi)，其特征在于：在殼體外部還設(shè)置有探測模塊和用于連接探測模塊的圓形卡口，所述的探測模塊包括四個傳感器和固定支架，所述的四個傳感器包括：上路傳感器、下路傳感器、左路傳感器和右路傳感器，所述的四個傳感器成四棱錐型排列，每相鄰兩路傳感器之間成A度角，其中上路傳感器斜向上放置，且其與所對應(yīng)的下路傳感器所構(gòu)成的面與水平面保持垂直；所述的四個傳感器通過焊接固定在成四棱錐型的固定支架上，所述的四棱錐型固定支架的頂端還焊接有中空管，四個傳感器的輸出引線置于所述中空管內(nèi)與殼體內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換模塊連接；所述的長方形面板為可活動板，其一側(cè)設(shè)置有3個半圓形卡口，且其半徑與導(dǎo)行儀上的半圓形卡口相同，長方形面板上的半圓形卡口與導(dǎo)行儀上的半圓形卡口拼接后，用于固定中空管。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀，其特征在于：所述的A的取值范圍為25°～30°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀，其特征在于：利用所述的導(dǎo)行儀上的半圓形卡口及長方形面板，實現(xiàn)對探測模塊的固定，其中，探測模塊的中線與水平面所成的夾角A1可為0°角或15°角或30°角。

4.采用權(quán)利要求1所述的基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：設(shè)置使用者的佩戴高度及探測模塊中線與水平面所成的角度；

所述的佩戴高度是指導(dǎo)行儀與地面的距離；

探測模塊中線與水平面所呈的角度可為0°或15°或30°角，由使用者根據(jù)需要自行設(shè)置；

步驟2：四個傳感器工作，采集行走過程反射回來的電壓信號，并傳送給主控制模塊，主控制模塊利用電壓與距離特性曲線，將電壓信號轉(zhuǎn)換為距離信息；其中，每組電壓信號包括4路信息，分別來自上路傳感器、下路傳感器、左路傳感器和右路傳感器；

步驟3：主控制處理單元利用步驟2的距離信息，計算障礙物的距離及大小；

步驟4：將步驟3的計算結(jié)果輸出，如果有障礙物則進行報警提示，并根據(jù)分析將障礙物的方位信息及大小信息進行語音輸出，輔助使用者行走。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀的控制方法，其特征在于：步驟3所述的計算障礙物的距離，方法為：利用下路傳感器所測得的信息計算障礙物的距離，計算公式為：

式中，l為使用者與障礙物的實際路面距離，X₂為下路傳感器檢測到障礙物時所返回的值，為探測模塊中下路傳感器與豎直方向所成的角度，其計算公式為

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于紅外傳感器的電子導(dǎo)行儀的控制方法，其特征在于：步驟3所述的計算障礙物大小，方法為：利用上路傳感器和下路傳感器所測得的信息計算障礙物的高度，利用左路傳感器及右路傳感器所測得的信息計算障礙物的寬度；

所述的計算障礙物的大小，具體方法為：

首先對下路傳感器反饋的距離數(shù)據(jù)進行分析：

若下路傳感器所反饋的距離值一直保持在a值附近，其中所述的a為導(dǎo)行儀中下路傳感器采集到的到路面的距離信息值，則表明地面沒有出現(xiàn)障礙物，路面平穩(wěn)；

若下路傳感器所反饋的距離值與a的差值的絕對值大于所設(shè)定的檢測門限c1，則說明檢測到路面不平整：如果上述差值為正，則表明前方路面有深坑；如果上述差值為負，則表明前方路面有突起，在路面上出現(xiàn)了障礙物；

所述的檢測門限c1的范圍為5cm～10cm；

然后對同一組電壓數(shù)據(jù)中上路傳感器所反饋的距離數(shù)據(jù)進行分析：

若上路傳感器所反饋的距離值保持b值不變，所述的b為沒有障礙物時上路傳感器所反饋的距離值，則說明上路傳感器還未接觸到障礙物；繼續(xù)對后面采集的每一組電壓信息中的上路傳感器所反饋的距離值進行分析；

若某一時刻發(fā)現(xiàn)上路傳感器所反饋的距離值發(fā)生了變化，且上述距離值與b值之差大于所設(shè)定的門限c1，則可利用此時刻上路傳感器所反饋的距離值計算障礙物的高度，計算公式為：

h＝X₁*sinθ+H，

式中，h為障礙物高度，X₁為此組電壓數(shù)據(jù)中上路傳感器所反饋的距離值，H為佩戴高度，θ為上路傳感器與水平面的夾角，其計算公式為θ＝|A/2-A1|；

若上路傳感器所反饋的距離值一直沒有變化，且下路傳感器所反饋的距離值又變化到a值，則可利用在變?yōu)閍值之前的那一組電壓數(shù)據(jù)中的下路傳感器所反饋的距離值，計算障礙物的高度，計算公式為：

其中，X₂為下路傳感器所反饋的距離值；

與此同時，左、右兩路傳感器對障礙物進行寬度檢測：

若左側(cè)傳感器所反饋的距離值與b值的絕對值大于門限c2，則說明左側(cè)傳感器檢測到了障礙物，記錄下左側(cè)傳感器所反饋的距離值X₃，繼續(xù)對后續(xù)的每一組信息進行分析，如果分析出有一組電壓數(shù)據(jù)中，右側(cè)傳感器所反饋的距離值與b值的差值大于門限c2，則說明右側(cè)傳感器也檢測到了障礙物，保存下此時右側(cè)傳感器所反饋的距離值X₄，然后根據(jù)上述保存的兩個值，計算障礙物的寬度，計算公式為：

w＝X₃*sinθ₀+X₄*sinθ₀

式中，w為障礙物的寬度，X₃為左側(cè)傳感器所反饋的距離值，X₄為右側(cè)傳感器所反饋的距離值，θ₀為左右兩路傳感器與與探測模塊中線的夾角，計算公式為θ₀＝A/2；

若在繼續(xù)對后續(xù)的每一組信息進行分析過程中，右側(cè)傳感器所反饋的距離值一直沒有變化，且左側(cè)傳感器所反饋的距離值又變回a值，則記錄下這一組電壓數(shù)據(jù)之前的左側(cè)傳感器所反饋的距離值X₃₁，則可根據(jù)上述兩個值進行寬度估計，計算公式為：

w＝X₃*sinθ₀-X₃₁*sinθ₀

若右側(cè)傳感器先檢測到障礙物，其計算方法與左側(cè)相同；

若左路傳感器先檢測到障礙物，則說明障礙物偏向于使用者身體的左側(cè)，若右路傳感器先檢測到障礙物，則說明障礙物偏向于使用者身體的右側(cè)，導(dǎo)行儀根據(jù)上述信息提供給使用者方位信息。