專(zhuān)利名稱(chēng)：基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種殘疾人輔助裝置，具體地說(shuō)，涉及的是一種基于紅外傳感幾何特 征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生活中，盲人是殘疾人中出行較為不便的一類(lèi)群體。他們無(wú)法辨認(rèn)方向，也無(wú)法接 受交通燈等光學(xué)交通器材的指引。在逐漸城市化的當(dāng)今社會(huì)，他們的安全、方便的出行就顯 得尤為重要。隨著積極心理學(xué)受到人們的重視，殘疾人的幸福感理應(yīng)受到人們的關(guān)注。盲道是城市基礎(chǔ)的公共設(shè)施。盲道按使用功能可分為兩類(lèi)行進(jìn)盲道和提示盲道。 行進(jìn)盲道呈條狀形，每條高出地面5mm，可使盲杖和腳底產(chǎn)生感覺(jué)，便于指引視力殘疾者安 全地向前直線(xiàn)行走。提示盲道呈圓點(diǎn)形，每個(gè)圓點(diǎn)高出地面5mm，可使盲杖和腳底產(chǎn)生感覺(jué)， 以告知視力殘疾者前方路線(xiàn)的空間環(huán)境將出現(xiàn)變化。盲道磚按材料可分成預(yù)制混凝土類(lèi)、 橡膠塑料類(lèi)和不銹鋼、聚氯乙烯等其它盲道型材。盲道的寬度宜隨人行道的寬度而定，但應(yīng) 符合相關(guān)的規(guī)定。盲人目前出行很大程度上還是利用盲道以及其他的輔助手段，為提高盲道的最大 利用率，更好地為殘疾人和盲人提供生活方便，急需為盲人提供一種盲道導(dǎo)航裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種基于紅外傳感幾何特征 識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，可以提高盲道的利用率，更好地為盲人等殘疾人提供方便，使他們能安 全、方便的出行。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括 小車(chē)車(chē)體以及設(shè)置在小車(chē)車(chē)體上的紅外傳感器模塊、單片機(jī)和電源模塊；所述紅外傳感器 模塊與單片機(jī)連接，所述電源模塊為其他部件提供工作電壓。其中所述紅外傳感器模塊采 集小車(chē)底部與地面間距，以及地面表面幾何特征的信息，并將采集信息結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換后反 饋給單片機(jī)；所述單片機(jī)接收所述傳感器模塊發(fā)送的信息，對(duì)采集到的地面表面幾何特征 的信息進(jìn)行處理，識(shí)別是否為盲道，是長(zhǎng)條形行進(jìn)盲道或圓點(diǎn)形提示盲道，然后根據(jù)識(shí)別的 結(jié)果采用自動(dòng)控制方式或者手動(dòng)控制方式對(duì)導(dǎo)盲小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)導(dǎo)盲小 車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲人方便準(zhǔn)確的了解行進(jìn)的線(xiàn)路。進(jìn)一步的，所述的單片機(jī)中設(shè)有信息處理模塊、手動(dòng)控制模塊、自動(dòng)控制模塊以及 語(yǔ)音提示模塊，其中所述信息處理模塊接收紅外傳感器模塊傳送的信息，并對(duì)傳感器模塊檢測(cè)到的盲 道表面幾何特征的信息進(jìn)行處理，以識(shí)別是否為盲道，以及進(jìn)一步識(shí)別提示盲道與行進(jìn)盲 道；如果識(shí)別出的結(jié)果不是盲道或者是提示盲道，則將該結(jié)果傳送給手動(dòng)控制模塊；如果 識(shí)別出的結(jié)果是行進(jìn)盲道，則將該結(jié)果傳動(dòng)給自動(dòng)控制模塊；所述手動(dòng)控制模塊用于手動(dòng)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即進(jìn)入盲道之前，根據(jù)檢測(cè)路面是否為盲道，由盲人按動(dòng)開(kāi)關(guān)確認(rèn)是否進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)；在到達(dá)提示盲道后，由盲人通 過(guò)該手動(dòng)控制模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)彎方向以及路線(xiàn)的選擇，使小車(chē)按照盲人的正確路線(xiàn)行進(jìn)；所述自動(dòng)控制模塊在小車(chē)進(jìn)入盲道之后，如果信息處理模塊識(shí)別出的結(jié)果是行進(jìn) 盲道，則由自動(dòng)控制模塊自動(dòng)控制小車(chē)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成一定程度上的小車(chē)自動(dòng)控制 行駛；所述語(yǔ)音提示模塊對(duì)于行進(jìn)中路面的情況(比如是否為盲道，是提示盲道還是行 進(jìn)盲道)以及小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(前行、轉(zhuǎn)彎方向等)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲人準(zhǔn)確的掌握導(dǎo) 盲小車(chē)的前進(jìn)路線(xiàn)。進(jìn)一步的，所述紅外傳感器模塊包括四個(gè)連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，這四個(gè)連續(xù)測(cè)距 紅外傳感器呈V型布置在小車(chē)車(chē)體底部，其中兩個(gè)紅外傳感器平行設(shè)置于V型底部，另外兩 個(gè)分別位于V型兩個(gè)端部；紅外傳感器對(duì)盲道高低部分會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)的差異，判斷車(chē)體 所在位置，并將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后反饋給單片機(jī)，從而為單片機(jī)控制小車(chē)直行 以及到達(dá)提示盲道時(shí)發(fā)出語(yǔ)音提示提供了信息。進(jìn)一步的，所述單片機(jī)通過(guò)傳感器電壓返回值判斷傳感器與地面的距離，小車(chē)以 較穩(wěn)定速度行駛過(guò)程中，在行進(jìn)盲道和提示盲道上傳感器的反饋電壓信息存在規(guī)律性差 異，即在行進(jìn)盲道凸起上返回高電壓的持續(xù)時(shí)間比在提示盲道凸起上返回高電壓的持續(xù)時(shí) 間長(zhǎng)(時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法)，以此區(qū)分行進(jìn)盲道與提示盲道。進(jìn)一步的，所述單片機(jī)在關(guān)機(jī)后保留數(shù)據(jù)，這樣系統(tǒng)記憶路徑后，將動(dòng)作模塊化， 使導(dǎo)盲系統(tǒng)具備記憶——再現(xiàn)功能，能夠記憶并還原行駛動(dòng)作。單片機(jī)上設(shè)有電鍵，用于手 動(dòng)和自動(dòng)控制的切換以及小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制。更進(jìn)一步的，所述單片機(jī)設(shè)有看門(mén)狗模塊，以便程序在出錯(cuò)時(shí)及時(shí)自動(dòng)調(diào)整回正 常狀態(tài)，達(dá)到提高程序安全性的效果。本發(fā)明中，使用連續(xù)測(cè)距紅外傳感器與單片機(jī)結(jié)合來(lái)檢測(cè)盲道表面，利用單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器檢測(cè)到盲道表面幾何特征的信息的分析處理，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，實(shí)現(xiàn)在一定條件下的小車(chē)自主行駛；通過(guò)時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了可靠識(shí)別提示盲 道與行進(jìn)盲道的功能；使用了語(yǔ)音提示模塊對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)近況進(jìn)行語(yǔ)音提示；同時(shí)采用手 動(dòng)控制模塊與自動(dòng)控制應(yīng)對(duì)不同情況，有助于為導(dǎo)盲系統(tǒng)的低成本化和高效化提供參照； 將動(dòng)作模塊化，使導(dǎo)盲系統(tǒng)具備記憶_再現(xiàn)功能，能夠記憶并還原行駛動(dòng)作?；谏鲜龅募夹g(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明構(gòu)建的導(dǎo)盲小車(chē)為盲人的出行提供便利，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，使用方便，提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施——盲道的利用率，更好地為盲人等殘疾人提供方 便，提高他們的生活質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中紅外傳感器布局示意圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中紅外傳感器測(cè)量盲道的原理圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法的原理圖。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中傳感器探測(cè)距離與輸出模擬電壓的關(guān)系圖。圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍示意圖。
圖7為本發(fā)明一實(shí)施例中測(cè)試程序流程圖。圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中手動(dòng)控制運(yùn)行程序流程圖。圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中自動(dòng)控制運(yùn)行程序流程圖。圖10a和圖10b為本發(fā)明一實(shí)施例中導(dǎo)盲小車(chē)位于行進(jìn)盲道上的兩種情況示意 圖。圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中盲道路況判斷流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋?zhuān)且韵碌膬?nèi)容不 用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲小車(chē)包括小車(chē) 車(chē)體以及設(shè)置在小車(chē)車(chē)體上的紅外傳感器模塊、單片機(jī)和電源模塊；所述紅外傳感器模塊 采集小車(chē)底部與地面間距，以及地面表面幾何特征的信息，并將采集信息結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換后 反饋給單片機(jī)；所述單片機(jī)接收所述傳感器模塊發(fā)送的信息，對(duì)采集到的地面表面幾何特 征的信息進(jìn)行處理，識(shí)別是否為盲道，是長(zhǎng)條形行進(jìn)盲道或圓點(diǎn)形提示盲道，然后根據(jù)識(shí)別 的結(jié)果采用自動(dòng)控制方式或者手動(dòng)控制方式對(duì)導(dǎo)盲小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)導(dǎo)盲 小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲人方便準(zhǔn)確的了解行進(jìn)的線(xiàn)路。進(jìn)一步的，所述的單片機(jī)中設(shè)有信息處理模塊、手動(dòng)控制模塊、自動(dòng)控制模塊以及 語(yǔ)音提示模塊，其中所述信息處理模塊接收紅外傳感器模塊傳送的信息，并對(duì)傳感器模塊檢測(cè)到的直 道表面幾何特征的信息進(jìn)行處理，以識(shí)別是否為盲道，以及進(jìn)一步識(shí)別提示盲道與行進(jìn)盲 道；如果識(shí)別出的結(jié)果不是盲道或者是提示盲道，則將該結(jié)果傳送給手動(dòng)控制模塊；如果 識(shí)別出的結(jié)果是行進(jìn)盲道，則將該結(jié)果傳動(dòng)給自動(dòng)控制模塊；所述手動(dòng)控制模塊用于手動(dòng)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即進(jìn)入盲道之前，根據(jù)檢測(cè)路 面是否為盲道，由盲人按動(dòng)開(kāi)關(guān)確認(rèn)是否進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)；在到達(dá)提示盲道后，由盲人通 過(guò)該手動(dòng)控制模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)彎方向以及路線(xiàn)的選擇，使小車(chē)按照盲人的正確路線(xiàn)行進(jìn)；所述自動(dòng)控制模塊在小車(chē)進(jìn)入盲道之后，如果信息處理模塊識(shí)別出的結(jié)果是行進(jìn) 盲道，則由自動(dòng)控制模塊自動(dòng)控制小車(chē)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成一定程度上的小車(chē)自動(dòng)控制 行駛；所述語(yǔ)音提示模塊對(duì)于行進(jìn)中路面的情況(比如是否為盲道，是提示盲道還是行 進(jìn)盲道)以及小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(前行、轉(zhuǎn)彎方向等)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲人準(zhǔn)確的掌握導(dǎo) 盲小車(chē)的前進(jìn)路線(xiàn)。本實(shí)施例中，單片機(jī)采用Megal28型主板為核心元件、驅(qū)動(dòng)部分由兩個(gè)5V直流電 機(jī)構(gòu)成。Megal28型主板采用8位AVR微處理器，具有128K字節(jié)的系統(tǒng)，內(nèi)可編程FLASH ； 具有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 兩個(gè)有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可 編程看門(mén)狗定時(shí)器，上電復(fù)位以及可編程的掉電監(jiān)測(cè)。Megal28型主板共64個(gè)引腳。工作 電壓為4. 5V-5. 5V，速度等級(jí)為0-16MHz。本實(shí)施例中，采用那英特科技NST9-360-350電機(jī)、中鳴14. 8V鋰電池。
本實(shí)施例中，小車(chē)車(chē)體由鴻運(yùn)激光切割機(jī)切割加工，車(chē)體尺寸25X26cm2 ；車(chē)體最 大高度為15. 32cm。如圖2所示，所述紅外傳感器模塊包括四個(gè)連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，這四個(gè)連續(xù)測(cè) 距紅外傳感器呈V型布置在小車(chē)車(chē)體底部，其中兩個(gè)紅外傳感器平行設(shè)置作為V型底部，另 外兩個(gè)分別位于V型兩個(gè)端部。紅外傳感器距盲道表面凸起面13. 07cm，距凹下面13. 39cm。本實(shí)施例中，選用Sharp GP2D12連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，工作電壓4_5. 5V，標(biāo)準(zhǔn)電 流消耗33-50mA，輸出電壓和探測(cè)距離成比例。Sharp紅外傳感器基于三角測(cè)量原理進(jìn)行工作，紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射 紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會(huì)反射回來(lái)。反射回來(lái)的紅外光線(xiàn)被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以 后，會(huì)獲得一個(gè)偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度a，偏移距L，中心矩X，以及濾 鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算出。GP2D12紅外傳感器 的返回電壓值在距離大于10cm時(shí)隨距離的增大而單調(diào)遞減。在10cm至20cm處反饋電壓 與探測(cè)距離基本呈線(xiàn)性關(guān)系，且斜率較大，因此將傳感器布置在距盲道表面凹下面13. 39cm 處以達(dá)到準(zhǔn)確檢測(cè)的目的。本實(shí)施例通過(guò)傳感器電壓返回值判斷傳感器與地面的距離。如 圖3所示，傳感器到平地距離為L(zhǎng)，在一定高度下滿(mǎn)足L = L0+AL,以此判斷傳感器是否在 地面突起上方。如圖4所示，為本實(shí)施例系統(tǒng)中采用的時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法的原理。單片機(jī)通過(guò)傳感器 電壓返回值判斷傳感器與地面的距離，小車(chē)以較穩(wěn)定速度行駛過(guò)程中，在行進(jìn)盲道和提示 盲道上傳感器的反饋電壓信息存在規(guī)律性差異，即在行進(jìn)盲道凸起上返回高電壓的持續(xù)時(shí) 間(由長(zhǎng)條長(zhǎng)度b決定)比在提示盲道凸起(由圓點(diǎn)直徑c決定)上長(zhǎng)，以此區(qū)分行進(jìn)盲 道與提示盲道。本實(shí)施例利用數(shù)字式萬(wàn)用表采集各傳感器的隨高度變化而輸出的模擬電壓的變 化，當(dāng)距離變化0. 06cm時(shí)，輸出電壓變化0. 01V,如圖5所示，傳感器探測(cè)距離與輸出模擬 電壓的關(guān)系基本呈線(xiàn)性關(guān)系。1-4號(hào)傳感器在凹下與凸起上方返回的數(shù)值9次結(jié)果如下 表1所示，顯示了平均相差5-20，則平均電壓差最大值為20X5/1024 ^ 0. 09V，最小值為 5X5/1024 0.024V。由以上結(jié)論，可知凸起與凹下高度差位于13，0. 45]cm區(qū)間中即 可識(shí)別。表 1 本實(shí)施例中，傳感器檢測(cè)區(qū)域大小的確定固定紅外傳感器，在13. 39cm(紅外傳 感器安裝位置距盲道表面凹下的高度)高度下同平面內(nèi)將擋板分別從左右前后四個(gè)方向 緩慢移向紅外傳感器的正下方，觀察傳感器的輸出電壓值的變化，得到當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí) 擋板距紅外傳感器發(fā)射端的距離，如圖6所示，其中dl = d2 = 0. 85cm, d3 = 1. 70cm。鑒 于上海市政署下發(fā)的盲道磚長(zhǎng)條長(zhǎng)度大于25cm，長(zhǎng)條和圓點(diǎn)的寬度均大于3cm，以此確定 在此高度下滿(mǎn)足本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)的要求。將構(gòu)建好的導(dǎo)盲小車(chē)在用KT板制作的模型盲道上進(jìn)行程序和硬件的調(diào)試。如圖4 所示測(cè)試時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法的效果，為后來(lái)小車(chē)在真實(shí)盲道上的行走實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。經(jīng)過(guò)多次試 驗(yàn)驗(yàn)證，將傳感器按圖2方式呈V型排列于車(chē)體前方5. 5cm處。編制測(cè)試程序?qū)⑺膫€(gè)傳感 器所得信號(hào)以及其中的最大值和最小值顯示在單片機(jī)LCD上，確定車(chē)體抖動(dòng)時(shí)信號(hào)的波動(dòng) 范圍來(lái)調(diào)節(jié)閥值。本實(shí)施例中，單片機(jī)軟件程序的測(cè)試部分包括自動(dòng)控制運(yùn)行程序、手動(dòng)控制運(yùn)行 程序、提示盲道語(yǔ)音提示程序、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序。測(cè)試程序流程圖見(jiàn)圖7。系統(tǒng) 啟動(dòng)后，在上盲道之前采用手動(dòng)控制模塊進(jìn)行手動(dòng)控制，同時(shí)檢測(cè)路面是否為盲道。到達(dá)盲 道后，由盲人按動(dòng)開(kāi)關(guān)確認(rèn)進(jìn)入自動(dòng)控制運(yùn)行程序。此時(shí)單片機(jī)通過(guò)傳感器反饋的數(shù)據(jù)判 斷路面為行進(jìn)盲道還是提示盲道，若為前者則調(diào)整小車(chē)姿態(tài)使其沿行進(jìn)盲道行走，若是后 者則讓小車(chē)停止，并發(fā)出提示音提醒盲人使用手動(dòng)控制系統(tǒng)在非行進(jìn)盲道上行駛。本實(shí)施例中，手動(dòng)控制的具體流程如圖8所示，PinC. 0，PinC. 1，PinC. 2，PinC. 3 為四個(gè)電鍵，分別用于執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)控制程序的切換、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行前進(jìn)的任務(wù)。如 PinC. 0為0號(hào)電鍵，如果PinC. 0 = 0則代表0號(hào)電鍵已經(jīng)按下，此時(shí)進(jìn)入自動(dòng)控制程序，否 則進(jìn)行下一步對(duì)1號(hào)電鍵的判斷，以此類(lèi)推。本實(shí)施例中，自動(dòng)控制程序的具體流程如圖9所示，到達(dá)行進(jìn)盲道后，四個(gè)紅外傳 感器的數(shù)值被賦給數(shù)組A(4)中。將四個(gè)傳感器從左到右依次編號(hào)為1號(hào) 4號(hào)。當(dāng)2號(hào) 和3號(hào)傳感器中檢測(cè)到地面突起的時(shí)間在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)，可判定導(dǎo)盲車(chē)位于提示盲道上，此 時(shí)電機(jī)全停，發(fā)出提示音；反之，導(dǎo)盲車(chē)位于行進(jìn)盲道，繼續(xù)前進(jìn)。其中取最左端和最右端的 紅外傳感器對(duì)應(yīng)的變量A(1)和A(4)，若A(l)小于調(diào)試值，且A(4)大于參照值，即1號(hào)傳感器檢測(cè)到平地且4號(hào)傳感器檢測(cè)到突起，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)向右偏轉(zhuǎn)；若A(4)小于參照值 且A(l)大于參照值，即1號(hào)傳感器檢測(cè)到平地且4號(hào)傳感器檢測(cè)到突起，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小 車(chē)向左偏轉(zhuǎn)；若A(4)小于參照值且A(l)小于參照值，即1號(hào)和4號(hào)傳感器均檢測(cè)到平地， 小車(chē)直行；若A (4)和A(l)均大于參照值，即1號(hào)和4號(hào)傳感器均檢測(cè)到突起，此時(shí)有兩種 情況，如圖10所示。此時(shí)為順利矯正小車(chē)的方向，規(guī)定先讓小車(chē)右轉(zhuǎn)一定角度，若為圖10b 狀況，小車(chē)將回到正確軌道，若為圖10a情況，車(chē)輪將行駛到突起上，傳感器距地面高度會(huì) 增加，使A(l)或A(4)中的數(shù)據(jù)小于設(shè)定的閥值，之后再進(jìn)行左轉(zhuǎn)達(dá)到矯正目的。從而使小 車(chē)沿“之”字形軌跡沿行進(jìn)盲道前進(jìn)。本實(shí)施例中，所述單片機(jī)設(shè)有看門(mén)狗程序，以便程序在出錯(cuò)時(shí)及時(shí)自動(dòng)調(diào)整回正 常狀態(tài)，達(dá)到提高程序安全性的效果?？撮T(mén)狗程序是一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀 態(tài)的程序。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器，看門(mén)狗就開(kāi)始每隔一定時(shí)間自動(dòng)計(jì)數(shù)。在 主程序的某處設(shè)置清零程序，使看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)清零。如果程序正常運(yùn)行，看門(mén)狗 計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)由于經(jīng)常被清零而不會(huì)溢出；如果程序跑飛，到了一定的時(shí)間看門(mén)狗計(jì)數(shù)器 內(nèi)的數(shù)據(jù)還沒(méi)有清零，此時(shí)看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門(mén)狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。進(jìn)一步的，采用《城市道路與建筑物無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的II型盲道鋪設(shè)規(guī) 劃路徑，測(cè)試小車(chē)的導(dǎo)航情況。利用不同電鍵控制相應(yīng)動(dòng)作，完成小車(chē)的行走過(guò)程。本實(shí)施例中，引入數(shù)組D (20)作為記憶變量。將整個(gè)流程的動(dòng)作模塊化，把左轉(zhuǎn)、 右轉(zhuǎn)、直行以及沿行進(jìn)盲道行走四個(gè)基本動(dòng)作根據(jù)它們對(duì)應(yīng)的控制電鍵分別用數(shù)字標(biāo)記為 1、2、3、0，不執(zhí)行操作定義為4。原先寫(xiě)好的主程序被用為新的主程序的“測(cè)試部分”，用它 記錄行駛路徑。每執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，都會(huì)由D (20)中由D(l)開(kāi)始順序取出一個(gè)變量記錄動(dòng)作 編號(hào)，之后在“記憶部分”中通過(guò)從D(l)至D(20)中依次讀取這些編號(hào)還原相應(yīng)的動(dòng)作，讀 取至4(即不執(zhí)行操作)時(shí)退出循環(huán)。為了區(qū)分這兩種工作模式，又添加“選擇部分”，由程 序開(kāi)頭的按鍵決定進(jìn)行何種工作方式。通過(guò)先測(cè)試后記憶的方式在規(guī)劃路徑上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo) 航。本實(shí)施例利用Megal28自帶的EEPR0M存儲(chǔ)器，可以在關(guān)機(jī)后保留數(shù)據(jù)，最后將D (20) 中數(shù)據(jù)存放于此解決了記錄動(dòng)作編號(hào)的問(wèn)題。本實(shí)施例通過(guò)在數(shù)組D (20)中記錄所按下的電鍵的編號(hào)和排列的方式使系統(tǒng)記 憶之前進(jìn)行的動(dòng)作，并設(shè)計(jì)出依次讀取這些編號(hào)還原對(duì)應(yīng)動(dòng)作的程序，實(shí)現(xiàn)記憶_再現(xiàn)功 能，進(jìn)一步拓展導(dǎo)盲小車(chē)的實(shí)用性，使其在記憶動(dòng)作后實(shí)現(xiàn)規(guī)劃路徑的全自動(dòng)導(dǎo)航。試驗(yàn)結(jié) 果小車(chē)在行進(jìn)盲道前進(jìn)，遇到第一段提示盲道后停下，右轉(zhuǎn)，繼續(xù)識(shí)別行進(jìn)盲道，到達(dá)第二 處提示盲道向左拐，再沿行進(jìn)盲道前進(jìn)至第三處提示盲道，停下，發(fā)出提示音。將四個(gè)紅外傳感器從左至右編為1到4號(hào)，通過(guò)在小車(chē)行駛過(guò)程中統(tǒng)計(jì)2號(hào)到3 號(hào)各傳感器檢測(cè)到地面突起的時(shí)間來(lái)判斷地面突起為長(zhǎng)條還是圓點(diǎn)。舉2號(hào)傳感器為例， 如圖11所示，A2存放紅外傳感器的返回值；A2為計(jì)數(shù)變量，初始值為0 ；B2存放A2的總計(jì) 數(shù)量，初始值為30 ；C2是預(yù)設(shè)的閥值，用于判斷2號(hào)傳感器是否在突起上方；預(yù)設(shè)區(qū)間用于 判斷傳感器在突起上方的時(shí)間長(zhǎng)短，若B2中數(shù)值處在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)則表示2號(hào)傳感器經(jīng)過(guò)地 面突起上方的時(shí)間較短。B3中數(shù)值處在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)則表示3號(hào)傳感器經(jīng)過(guò)地面突起上方的 時(shí)間較短，以此類(lèi)推。若B2和B3數(shù)值均處在預(yù)設(shè)區(qū)間中，此時(shí)可判定小車(chē)駛?cè)胩崾久さ馈?若B2和B3中有數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)區(qū)間的最大值，此時(shí)可判定小車(chē)在行進(jìn)盲道上，小車(chē)按原定直 行程序繼續(xù)前進(jìn)，并重新檢測(cè)地面；若B2至B3中有數(shù)據(jù)小于預(yù)設(shè)區(qū)間的最小值，此情況為小車(chē)行駛過(guò)程中的抖動(dòng)所致，不能作為判斷小車(chē)是否到達(dá)提示盲道的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)讓小車(chē)也 繼續(xù)前進(jìn)，重新檢測(cè)地面。此檢測(cè)方法用于在使用者手動(dòng)操作之后判斷路面情況，若有兩個(gè) 以上的傳感器檢測(cè)到地面有突起則判定小車(chē)駛?cè)朊さ?，此時(shí)發(fā)出提示音，提醒使用者可以 用PinC. 0從手動(dòng)模式切換到自動(dòng)模式。 由以上的實(shí)施例可以看出，本發(fā)明使用連續(xù)測(cè)距紅外傳感器與單片機(jī)結(jié)合來(lái)檢測(cè) 盲道表面，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器檢測(cè)到盲道表面幾何特征的信息的分析處理，進(jìn)而 動(dòng)態(tài)調(diào)整小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在一定條件下的小車(chē)自主行駛；通過(guò)時(shí)間統(tǒng)計(jì)算法的設(shè)置 實(shí)現(xiàn)了可靠識(shí)別提示盲道與行進(jìn)盲道的功能；使用了語(yǔ)音提示模塊對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)近況進(jìn)行 語(yǔ)音提示；同時(shí)采用手動(dòng)控制模塊與自動(dòng)控制應(yīng)對(duì)不同情況，有助于為導(dǎo)盲系統(tǒng)的低成本 化和高效化提供參照；將動(dòng)作模塊化，使導(dǎo)盲系統(tǒng)具備記憶_再現(xiàn)功能，能夠記憶并還原行 駛動(dòng)作。本發(fā)明更好地為盲人等殘疾人提供方便，提高他們的生活質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于包括小車(chē)車(chē)體以及設(shè)置在小車(chē)車(chē)體上的紅外傳感器模塊、單片機(jī)和電源模塊，所述紅外傳感器模塊與單片機(jī)連接，所述電源模塊為其他部件提供工作電壓；其中所述紅外傳感器模塊采集小車(chē)底部與地面間距，以及地面表面幾何特征的信息；該模塊包括四個(gè)連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，這四個(gè)連續(xù)測(cè)距紅外傳感器呈V型布置在小車(chē)車(chē)體底部，其中兩個(gè)紅外傳感器平行設(shè)置于V型底部，另外兩個(gè)分別位于V型兩個(gè)端部；紅外傳感器對(duì)盲道高低部分會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)的差異，判斷車(chē)體所在位置，并將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后反饋給單片機(jī)，從而為單片機(jī)控制小車(chē)直行以及到達(dá)提示盲道時(shí)發(fā)出語(yǔ)音提示提供了信息；所述單片機(jī)接收所述傳感器模塊發(fā)送的信息，對(duì)采集到的地面表面幾何特征的信息進(jìn)行處理，識(shí)別是否為盲道，是長(zhǎng)條形行進(jìn)盲道或圓點(diǎn)形提示盲道，然后根據(jù)識(shí)別的結(jié)果采用自動(dòng)控制方式或者手動(dòng)控制方式對(duì)導(dǎo)盲小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)導(dǎo)盲小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲人方便準(zhǔn)確的了解行進(jìn)的線(xiàn)路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于所述 的單片機(jī)中設(shè)有信息處理模塊、手動(dòng)控制模塊、自動(dòng)控制模塊以及語(yǔ)音提示模塊，其中所述信息處理模塊接收紅外傳感器模塊傳送的信息，并對(duì)傳感器模塊檢測(cè)到的盲道表 面幾何特征的信息進(jìn)行處理，以識(shí)別是否為盲道，以及進(jìn)一步識(shí)別提示盲道與行進(jìn)盲道；如 果識(shí)別出的結(jié)果不是盲道或者是提示盲道，則將該結(jié)果傳送給手動(dòng)控制模塊；如果識(shí)別出 的結(jié)果是行進(jìn)盲道，則將該結(jié)果傳動(dòng)給自動(dòng)控制模塊；所述手動(dòng)控制模塊用于手動(dòng)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即進(jìn)入盲道之前，根據(jù)檢測(cè)路面是 否為盲道，由盲人按動(dòng)開(kāi)關(guān)確認(rèn)是否進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)；在到達(dá)提示盲道后，由盲人通過(guò)該 手動(dòng)控制模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)彎方向以及路線(xiàn)的選擇，使小車(chē)按照盲人的正確路線(xiàn)行進(jìn)；所述自動(dòng)控制模塊在小車(chē)進(jìn)入盲道之后，如果信息處理模塊識(shí)別出的結(jié)果是行進(jìn)盲 道，則由自動(dòng)控制模塊自動(dòng)控制小車(chē)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成一定程度上的小車(chē)自動(dòng)控制行 駛；所述語(yǔ)音提示模塊對(duì)于行進(jìn)中路面的情況以及小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示，以便盲 人準(zhǔn)確的掌握導(dǎo)盲小車(chē)的前進(jìn)路線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于 所述單片機(jī)通過(guò)傳感器電壓返回值判斷傳感器與地面的距離，小車(chē)以較穩(wěn)定速度行駛過(guò)程 中，在行進(jìn)盲道和提示盲道上傳感器的反饋電壓信息存在規(guī)律性差異，即在行進(jìn)盲道凸起 上返回高電壓的持續(xù)時(shí)間比在提示盲道凸起上返回高電壓的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，以此區(qū)分行進(jìn)盲 道與提示盲道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于 所述單片機(jī)上設(shè)有四個(gè)電鍵，分別用于執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)控制程序的切換、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行 前進(jìn)的任務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于 所述單片機(jī)采用Megal28型主板為核心元件，驅(qū)動(dòng)部分由兩個(gè)5V直流電機(jī)構(gòu)成；Megal28 型主板采用8位AVR微處理器，具有128K字節(jié)的系統(tǒng)，內(nèi)可編程FLASH ；具有8路10位A/D 轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器， 上電復(fù)位以及可編程的掉電監(jiān)測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于所述 Megal28自帶的EEPROM存儲(chǔ)器能在關(guān)機(jī)后保留數(shù)據(jù)，這樣系統(tǒng)記憶路徑后，將動(dòng)作模塊化， 使導(dǎo)盲系統(tǒng)具備記憶——再現(xiàn)功能，能夠記憶并還原行駛動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征在于 所述紅外傳感器選用Sharp GP2D12連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，工作電壓為4_5. 5V，標(biāo)準(zhǔn)電流消 耗為33-50mA，輸出電壓和探測(cè)距離成比例。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于紅外傳感幾何特征識(shí)別的導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括小車(chē)車(chē)體、單片機(jī)、紅外傳感器模塊、語(yǔ)音提示模塊、電源模塊、手動(dòng)控制模塊；其中所述紅外傳感器模塊檢測(cè)小車(chē)底部與地面間距，根據(jù)所得結(jié)果經(jīng)比較后的反饋信息分辨長(zhǎng)條形行進(jìn)盲道和圓點(diǎn)形提示盲道，并將結(jié)果傳送給單片機(jī)；所述單片機(jī)接對(duì)傳感器模塊檢測(cè)到的盲道表面幾何特征的信息進(jìn)行處理，以識(shí)別提示盲道與行進(jìn)盲道，然后根據(jù)識(shí)別出的提示盲道或行進(jìn)盲道結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述語(yǔ)音提示模塊對(duì)小車(chē)直行或者到達(dá)提示盲道的情況進(jìn)行語(yǔ)音提示；所述手動(dòng)控制模塊用于手動(dòng)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明能更好地為盲人等殘疾人提供方便，提高他們的生活質(zhì)量。
文檔編號(hào)A61H3/06GK101849880SQ20101014124
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者董驍駿, 陸廣華, 陸廣琴, 陸勝寒 申請(qǐng)人:上海市金山區(qū)第一少年宮;上海市金山中學(xué)