[发明专利]基于红外传感器的电子导行仪及控制方法

权利要求书

1.一种基于红外传感器的电子导行仪，包括AD转换模块、主控制处理模块、晶振及锁相环电路、语音模块、电源管理模块和按键模块，上述模块统一密封在壳体内，其特征在于：在壳体外部还设置有探测模块和用于连接探测模块的圆形卡口，所述的探测模块包括四个传感器和固定支架，所述的四个传感器包括：上路传感器、下路传感器、左路传感器和右路传感器，所述的四个传感器成四棱锥型排列，每相邻两路传感器之间成A度角，其中上路传感器斜向上放置，且其与所对应的下路传感器所构成的面与水平面保持垂直；所述的四个传感器通过焊接固定在成四棱锥型的固定支架上，所述的四棱锥型固定支架的顶端还焊接有中空管，四个传感器的输出引线置于所述中空管内与壳体内的AD转换模块连接；所述的长方形面板为可活动板，其一侧设置有3个半圆形卡口，且其半径与导行仪上的半圆形卡口相同，长方形面板上的半圆形卡口与导行仪上的半圆形卡口拼接后，用于固定中空管。

2.根据权利要求1所述的基于红外传感器的电子导行仪，其特征在于：所述的A的取值范围为25°～30°。

3.根据权利要求1所述的基于红外传感器的电子导行仪，其特征在于：利用所述的导行仪上的半圆形卡口及长方形面板，实现对探测模块的固定，其中，探测模块的中线与水平面所成的夹角A1可为0°角或15°角或30°角。

4.采用权利要求1所述的基于红外传感器的电子导行仪的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：设置使用者的佩戴高度及探测模块中线与水平面所成的角度；

所述的佩戴高度是指导行仪与地面的距离；

探测模块中线与水平面所呈的角度可为0°或15°或30°角，由使用者根据需要自行设置；

步骤2：四个传感器工作，采集行走过程反射回来的电压信号，并传送给主控制模块，主控制模块利用电压与距离特性曲线，将电压信号转换为距离信息；其中，每组电压信号包括4路信息，分别来自上路传感器、下路传感器、左路传感器和右路传感器；

步骤3：主控制处理单元利用步骤2的距离信息，计算障碍物的距离及大小；

步骤4：将步骤3的计算结果输出，如果有障碍物则进行报警提示，并根据分析将障碍物的方位信息及大小信息进行语音输出，辅助使用者行走。

5.根据权利要求4所述的基于红外传感器的电子导行仪的控制方法，其特征在于：步骤3所述的计算障碍物的距离，方法为：利用下路传感器所测得的信息计算障碍物的距离，计算公式为：

式中，l为使用者与障碍物的实际路面距离，X₂为下路传感器检测到障碍物时所返回的值，为探测模块中下路传感器与竖直方向所成的角度，其计算公式为

6.根据权利要求4所述的基于红外传感器的电子导行仪的控制方法，其特征在于：步骤3所述的计算障碍物大小，方法为：利用上路传感器和下路传感器所测得的信息计算障碍物的高度，利用左路传感器及右路传感器所测得的信息计算障碍物的宽度；

所述的计算障碍物的大小，具体方法为：

首先对下路传感器反馈的距离数据进行分析：

若下路传感器所反馈的距离值一直保持在a值附近，其中所述的a为导行仪中下路传感器采集到的到路面的距离信息值，则表明地面没有出现障碍物，路面平稳；

若下路传感器所反馈的距离值与a的差值的绝对值大于所设定的检测门限c1，则说明检测到路面不平整：如果上述差值为正，则表明前方路面有深坑；如果上述差值为负，则表明前方路面有突起，在路面上出现了障碍物；

所述的检测门限c1的范围为5cm～10cm；

然后对同一组电压数据中上路传感器所反馈的距离数据进行分析：

若上路传感器所反馈的距离值保持b值不变，所述的b为没有障碍物时上路传感器所反馈的距离值，则说明上路传感器还未接触到障碍物；继续对后面采集的每一组电压信息中的上路传感器所反馈的距离值进行分析；

若某一时刻发现上路传感器所反馈的距离值发生了变化，且上述距离值与b值之差大于所设定的门限c1，则可利用此时刻上路传感器所反馈的距离值计算障碍物的高度，计算公式为：

h＝X₁*sinθ+H，

式中，h为障碍物高度，X₁为此组电压数据中上路传感器所反馈的距离值，H为佩戴高度，θ为上路传感器与水平面的夹角，其计算公式为θ＝|A/2-A1|；

若上路传感器所反馈的距离值一直没有变化，且下路传感器所反馈的距离值又变化到a值，则可利用在变为a值之前的那一组电压数据中的下路传感器所反馈的距离值，计算障碍物的高度，计算公式为：

其中，X₂为下路传感器所反馈的距离值；

与此同时，左、右两路传感器对障碍物进行宽度检测：

若左侧传感器所反馈的距离值与b值的绝对值大于门限c2，则说明左侧传感器检测到了障碍物，记录下左侧传感器所反馈的距离值X₃，继续对后续的每一组信息进行分析，如果分析出有一组电压数据中，右侧传感器所反馈的距离值与b值的差值大于门限c2，则说明右侧传感器也检测到了障碍物，保存下此时右侧传感器所反馈的距离值X₄，然后根据上述保存的两个值，计算障碍物的宽度，计算公式为：

w＝X₃*sinθ₀+X₄*sinθ₀

式中，w为障碍物的宽度，X₃为左侧传感器所反馈的距离值，X₄为右侧传感器所反馈的距离值，θ₀为左右两路传感器与与探测模块中线的夹角，计算公式为θ₀＝A/2；

若在继续对后续的每一组信息进行分析过程中，右侧传感器所反馈的距离值一直没有变化，且左侧传感器所反馈的距离值又变回a值，则记录下这一组电压数据之前的左侧传感器所反馈的距离值X₃₁，则可根据上述两个值进行宽度估计，计算公式为：

w＝X₃*sinθ₀-X₃₁*sinθ₀

若右侧传感器先检测到障碍物，其计算方法与左侧相同；

若左路传感器先检测到障碍物，则说明障碍物偏向于使用者身体的左侧，若右路传感器先检测到障碍物，则说明障碍物偏向于使用者身体的右侧，导行仪根据上述信息提供给使用者方位信息。