光電智能導(dǎo)盲器方案設(shè)計(jì)

眼睛是我們身體不可缺少的器官，是人類了解世界感知外界的窗口，然而對(duì)于盲人來說簡(jiǎn)單的散步都是一件奢侈的事情。本文設(shè)計(jì)一種光電智能導(dǎo)盲器幫助盲人能夠在不借助他人或當(dāng)盲犬的情況下，盲人經(jīng)過簡(jiǎn)單的訓(xùn)練可以利用觸覺感知脈沖信號(hào)并根據(jù)的頻率變化來判斷有無障礙物及離障礙物的距離和大致方位，達(dá)到導(dǎo)盲作用。

一、研究方案

利用紅外測(cè)距原理障礙物進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量并將障礙物信息通過電脈沖信號(hào)傳遞給手指，使使用者通過觸覺大概感知到障礙物及其方位。當(dāng)打開聲音開關(guān)時(shí)會(huì)有聲音提示障礙物方位。（如圖1）

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由于探測(cè)距離和高度的影響，本系統(tǒng)測(cè)量范圍可設(shè)定在六米以內(nèi)。近距工作模式工作距離設(shè)定為兩米工作高度為兩米，這樣可以保證使用者在復(fù)雜的工作環(huán)境中能不晃動(dòng)儀器就能感知障礙物的存在。

光學(xué)部分采用850nm 紅外LED 光源，出射角為20 度，功率1W 出射距離可達(dá)20米，滿足測(cè)量距離的覆蓋要求。接受器件選用850nm 紅外接受管，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)使其接收角度控制在1 度。電子部分可控制光源發(fā)出一個(gè)脈沖的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接受器接收到這個(gè)脈沖時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，單片機(jī)根據(jù)時(shí)間得出距離，測(cè)距方程:D=CT/2(D 為被測(cè)距離,C 為光速,T 為光脈沖信號(hào)來回于測(cè)距儀和待測(cè)目標(biāo)反射脈沖的時(shí)間)。采集系統(tǒng)會(huì)對(duì)每個(gè)接受器所對(duì)應(yīng)角度進(jìn)行掃描，然后把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)進(jìn)行分析，從而對(duì)計(jì)算出障礙物的距離和方位，最后通過脈沖發(fā)生器和揚(yáng)聲器把信息傳遞給使用者。

二、技術(shù)路線及可行性分析

2.1 光學(xué)部分

利用多枚850nm 大功率LED 作為光源。光源視角為44 度在5m 處形成高2m，在2.5m出形成低1m 的光幕（如圖2）。此工作模式可在復(fù)雜場(chǎng)合使用。

接收器為850nm 紅外接收器陣列，每個(gè)接收器針對(duì)各自的小視場(chǎng)范圍進(jìn)行接收以提高單個(gè)接收器的方向性，減小光信號(hào)的疊加干擾。在光源的工作模式下，分別針對(duì)光源的視角用機(jī)械的方式改變接收的角度。

2.2電子部分

本系統(tǒng)利用ATMEGA16L 單片機(jī)作為控制器，對(duì)每個(gè)角度的接收器信號(hào)進(jìn)行比較分析，并將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)使人感知（如圖4）本系統(tǒng)采用ATMEGA16L 單片機(jī)作為主控芯片。單片機(jī)對(duì)于TDCGP2 進(jìn)行寄存器配置以及時(shí)間測(cè)量控制，時(shí)間測(cè)量結(jié)果傳回給單片機(jī)通過算法進(jìn)行距離的精確計(jì)算。通過測(cè)量結(jié)果得出哪個(gè)方向是否有障礙物，通過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電流信號(hào)刺激手指，從而讓盲人知道哪個(gè)方向有障礙物向哪個(gè)方向躲避。單片機(jī)控。

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