一种基于多超声波传感器的导盲避碰装置

摘要

本发明公开了一种基于多超声波传感器的导盲避碰装置及其控制算法，主控制器控制温度传感器采集环境温度信息，采取循环扫描方式逐个驱动超声波传感器循环工作，超声波反射并经过探头接收后，经过放大、滤波和比较，将信号传输至主控制器，主控制器计算发射与接收时间差，依据之前采集到的环境温度得出当前环境温度下的声速计算每个超声波传感与障碍物之间距离，采用模糊导盲控制算法计算出盲人的行走方向，通过蜂鸣提醒电路发出障碍报警，并通过安装在使用者身体不同部位的震动提醒电路给出不同的行走方向。本发明大大提高了导盲装置在复杂障碍物环境情况下的适应能力。

主权项

1.一种基于多超声波传感器的导盲避碰装置，包括多个收发一体的超声波传感器、超声波发射驱动电路、超声波接收驱动电路、程控开关切换电路、主控制器、蜂鸣提醒电路、震动提醒电路和温度传感器，其特征在于：主控制器控制温度传感器采集环境温度信息，在程控开关切换电路的控制下，采取循环扫描方式逐个驱动超声波传感器循环工作，主控制器通过超声波发射驱动电路驱动收发一体超声波传感器的探头发射超声波脉冲，当超声波遇到障碍物后反射并经过探头接收后，经过超声波接收驱动电路的放大、滤波、和固定电平比较之后，将得到的信号传输至主控制器，主控制器计算发射与接收时间差Δt，依据之前采集到的环境温度得出当前环境温度下的声速c≈c₀+0.607T，其中c₀＝331.45m/s，T为当前环境的摄氏温度，进而计算每个超声波传感器与障碍物之间距离h＝1、2、3，采用模糊导盲控制算法计算出盲人的行走方向，通过蜂鸣提醒电路发出障碍报警，并通过安装在使用者身体不同部位的震动提醒电路给出不同的行走方向；所述的模糊导盲控制算法包括以下步骤：(1)建立以盲人正前方为0°，以盲人左手方向为正方向的坐标系，将全体超声波传感器的视野范围分为{右前(-60°～-40°)，前方(-40°～40°)，左前(40° ～60°)}，依据右前隶属度函数前方隶属度函数左前隶属度函数确定传感器与障碍物之间的方向隶属度函数关系，其中θ是传感器与正前方之间的夹角；将障碍物距离分为{近(≤150cm)，中(150cm～450cm)，远(≥450cm)}，依据近距离隶属度函 数中距离隶属度函数远距离隶属度函数确定传感器与障碍物之间的距离隶属度函数关系，其中d是传感器测出的距障碍物的距离；(2)分别以角度α，0，-α为横坐标，查找步骤(1)中方向隶属度函数曲线，得出每个方向上的超声波传感器相对于角度的函数值a_ij，其中α为传感器之间夹角，组成矩阵得到多传感器的方向隶属度函数矩阵A＝(a_ij)_n×3，其中，n为多传感器的数目，i代表第i个传感器，j表示方向；以n个传感器测得的距障碍物的距离为横坐标，查找步骤(1)中的距离隶属度函数曲线，得出超声波传感器相对于距离的函数值s_pq，组成矩阵得到多传感器距离隶属度函数值矩阵S＝(s_pq)_3×n，其中，p代表距离，q代表第q个传感器； (3)得出障碍物距离和方向的隶属度关系矩阵R＝SoA，其中o表示矩阵合成关系，矩阵合成采用模糊数学中的基于min-max规则的乘法； (4)将矩阵R中第一行向量二值化处理得到向量v′，表示障碍物所处方向，由此得出距离最近的障碍物的方向信息； (5)构建多传感器模糊控制规则表如下所示： 表中，TL代表左转，GS代表前进，TR代表石转，1代表存在障碍物，0代表没有障碍物，ST代表停止； (6)依据步骤(4)中得出的向量v′查多传感器模糊控制规则表，得出盲人行走动作，进而输出行走提醒信息。