光电设计竞赛专业竞技赛导盲器.ppt

可鲁队 浙江大学 钟擎 李昊然 陈晓钰 指导教师：项震 本智能光电导盲器，能佩戴在使用者腰上，当前方一定距离内有障碍物时，仪器将发出左、右、稍左、稍右、转左、转右六种警告音，分别用以指导使用者向左或向右走以避开障碍物，保证其不会撞到侧面的通道墙壁，且身体面向正前方。 本导盲器配套使用红外LED和光电二极管，实现反射式主动红外探测。 所用发射器半视角为10° 设佩戴者身高1.75m，腰部高度约为人体身高的60%，即1m左右； 如右图所示，此时发光二极管的主要能量均照射在障碍物上。 1m 1.2m 1 m 10° 0.17m 仪器共配置六套探测组，其分布和朝向如右图所示。 每套探测组分别由1个红外LED和1个光电二极管组成； 为了降低组间信号的干扰，图中标号不同的LED有不同的工作频率。 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 ① ① ② ① ② ② 中间两套用于判断障碍物位置，侧面四套用于判断行进方向和与过道两侧距离。 综合六套探测器的探测结果，分析判断朝向和避障路线，并通过耳机给予行走提示。 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 本探测器的工作流程图如下： 红外发射 红外接收 方波调制 放大 处理判断 声音输出 选频 此模块由红外LED、光电二极管及相关电路组成。 为减少自然光或室内灯光的影响，降低噪声，选择黑色透镜封装的光电二极管。 运用集成运放LM324搭建放大电路，放大倍数理论值为118倍； 电容C13用于抑制直流分量的放大； R22主要用于稳定相位，降低自激可能性，增强电路稳定性； C8用于去除输出信号直流分量。 为避免不同组的探测器相互影响，6个发光二极管选用2种不同的调制频率。 ①③⑤选用中心频率为1.13KHz。 ②④⑥选用中心频率为2.37KHz。 ⑤ ⑥ 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 ① ② ④ ③ 用555芯片搭建信号发生电路，LM324搭建二阶带通滤波电路，并辅以峰值检测电路得到信号幅值，以便进行AD转换。 信号发生电路 二阶滤波及峰值检测电路 调整R3、R5、C4，R4、R6、R12、C1、C2可使信号发生电路和滤波电路中心频率相匹配。 信号发生电路 二阶滤波电路 改变R4、R6、R12、C1、C2可调整滤波电路Q值。 改变C7可改善电压跟随情况。 调整R14、R15可使二阶滤波电路负载电阻改变，从而改善滤波后波形及跟随情况。 使用C8051F020单片机，运行速度快。 将语音提示数据存入单片机，使用PWM方式推动耳机发出提示音。 六套探测器可分为四组，左侧两套和右侧两套可分别组成一组。 (a)组探测器探测到信号超过阈值时，提示“稍右”。(d)组探测器探测到信号超过阈值时，提示“稍左”。 为保证不致碰撞到侧面的 墙壁，设置(a)(d)探测器的 优先级较高。 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 (c) (a) (b) (d) (b)(c)同时探测到信号时，表明遇到中间的障碍物，综合(a)(d)探测信号的大小判断躲避方向。 仅(b)探测到信号时，提示“右”。 仅(c)探测到信号时，提示“左”。 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 (c) (a) (b) (d) 0.8m 1m 1.08m 21.8° 仪器 (c) (a) (b) (d) (a)(d)兼具角度判断功能。 如图，当人面向正前方时， (a)(d)两组探测器的每一套接收到相近的信号。当人在行进过程中身体偏转过一个角度，若向左偏转，则同一组中②的信号比①大；若向右偏转，则①信号比②大。当两者差值超过一定量，发出“左转”或“右转”的语音指示，以修正人的行进方向。 仪器 ① ② ① ② (a) (d) 根据各组探测器输出的电压幅值不同，AD转换得到的值也不一样，可以综合距离判断躲避的迫切程度。 综合考虑便携性、容量、使用方便程度等因素，选用带有开关的12V锂电池作为供电电源。 从纹波大小考虑，选用线性稳压芯片7805，并辅以散热片。 针对设计要求，自主搭建反射式主动红外测量模块，所选工作波段安全、不可见，将对他人影响降至最低，且对不同物体红外光反射率较接近，探测距离不会因物体表面特性而有过大的变化； 探测距离可调，范围约为0.5m至2m，且可在使用前进行校准； 导盲器直接给出向左还是右走的语音指示，不需要人再做综合判断； 可以判断行进方向，保证使用者面朝出口前进； 仪器是一体式的，没有多余引线，佩戴方便。 电路板改用印刷版，进一步缩小体积，方便携带与使用； 所用器件简单、廉价，适于大批量生产，又便于维修和更换，具有较大的市场潜力； 外加调距旋钮，适应不同使用者的习惯步速； 进一步提高产品稳定性和准确度； 可进一步改善外观和佩戴方法。