脚动充电导盲鞋1.doc

脚动充电导盲鞋

申报者姓名：邱晓江林鸿海钟森明

指导教师：代芬老师

作者单位：华南农业大学工程学院，广州，510642

摘要：

各种导盲器械在盲人的生活世界里随处可见，如传统的导盲犬导盲杖等。随着社会科学的发展，一些高端导盲产品也不断的涌现出来，如机器人导盲产品盲人示路器设计等。然而由于传统工具的导盲不精确和不方便，加之高端产品的高成本，导盲工具仍然处于十分紧迫的需求状态，因此一种装备在鞋上的导盲器应运而生。这种导盲鞋应用起来方便得多灵活得多安全得多，而且成本比较低，是盲众首选的导盲器械。

本文论述了脚动充电导盲鞋的系统结构和其工作原理。本作品主要分为脚动式充电部分和超声波导盲部分，同时介绍了各个模块的功能特点。

脚动式充电器部分是由脚压式转换器充电器和储电装置组成。超声波导盲部分有发射接收模块数字信号转换模块和无线电收发模块。

关键词：充电器导盲系统产品工艺

1引言

随着科技的迅猛发展，越来越多的导盲工具给盲人的生活带了诸多方便。该设计本着为盲人服务的宗旨，主要由脚动式的自动充电器和超声波导盲器构成。目前的小型充电器主要是太阳能充电器和手动式充电器，这些利用起来特别不方便，如在阴天的时候，太阳能充电器不能够充电；而手动式的就更不用说有多麻烦。在国内外目前主要致力于训练导盲犬，还有相对高端的盲人交叉路口电子导盲器音阶语言导盲仪等，但这些都还处于雏形阶段。然而安装在鞋底的导盲器目前还没有这方面的研究，具有新颖性，同时价格相对较低，并且该作品利用走路的时候使充电器充电，具有较大的灵活性，科学性大大提高了。

2导盲鞋系统

21功能模块

总述：本作品能够自己供电，装在鞋上可以长时间不用更换电池，并且能够为盲人提供前方障碍物的情况，返回“上”“下”“坑”“墙”之类声音信号。

分述：（1）脚动充电器的发电功率能够达到2W，储能电池输出电压9V；

（2）超声波导盲部分利用超声波测出脚前掌离脚前方地面的距离和人离前方障碍物的距离，再将距离转换成不同的数字信号；

（3）无线发送部分将输出的数字信号放大，再转换为各种音调（例如：“上”“下”“坑”“墙”等）输出，通过无线电波发送给耳塞，达到引导盲人的目的。

22工作原理

221脚动充电器

（1）脚落地时踏鞋底，将鞋底的上下压动转换成橡皮管的水平伸缩，带动杠杆摆动，再带动齿轮转动，从而使线圈旋转切割磁感线将机械能转化为电能；（2）将发出的电能储存在电池上；（3）为导盲器提供电源。

222超声波导盲器

（1）导盲器设计是在鞋底上安装电子装置，用超声波传感器精确测量鞋底前掌中心与地面的距离和人离前方障碍物的距离，将距离转换为时间，再将时间转换为电压，又由压控振荡器产生声频震荡，其频率与距离相关。再经过无线电波传到盲人头上的电子装置，驱动耳机。两只鞋共用一个信号道，因为走路两脚不能同时离地，左/右两只脚只有一只工作。

（2）距离—时间—电压—音调的转换，即在同样的距离范围内，输出的音调几乎一样且要高精准；

（3）导盲器的运作情况不同时，要求单片机严格控制：A平地时单片机输出的频率不会用来发生声调；B上下楼梯时频率是有规律变化的，即产生的音调是有规律的，分别产生“上”和“下”的音调；C遇到较大且较深的坑时，要求单片机能够迅速地发出尖锐的警戒声，这时无线电装置对数据收发处理的速度要快且精确；D遇到不可越过的障碍物时，无线电传输给耳机的是另一频率的音调，用以提示盲人不能再往前走，往原来的方向退回。

23系统结构

231

发电部分：将脚后跟挤压鞋底的上下压动转换成橡皮管的水平伸缩，带动杠杆摆动，再带动齿轮转动，启动电磁式发电机转子转动达到发电的目的；

充电部分：该部分市场上已有现成的产品出售，这里就不再描述。

储电部分：将发出的电能储存在锂电池里。

该部分结构图见附录

232

将超声波发射和接收器都集中在一块LM1812的单片机上，加上外围的电路设计，就能够达到测距的目的，如图（1）

（1）

图（1）原理说明：

LM1812第1脚外接L1C1决定了电路发送或接收的工作频率，其工作频率fo＝1/（2π√L1C1）。当8脚为高电平时，L1C1回路被切换为振荡模式，振荡信号经驱动放大后，由13脚及6脚输出。为保证输出级不过载，使用时应在6脚测试一下电流，该脚峰值电流不能超过1A。当8脚为高电平时LM1812处于发送模式；8脚为低电平时，LM1812处于接收模式。超声波接收器接收到的超声波信号经电容耦合由4脚输入，再经内部两级放大后和由1脚的谐振回路取出的信号一起送到检测器。但由于此时噪声脉冲也同样被检测，所以要通过17脚外接R17C17进行滤波。再经过积分延时，16脚和14脚变成低电平