[发明专利]一种超声导盲方法及其便携式超声导盲装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物声纳技术领域，具体地说，本发明特别涉及基于生物声纳技术的一种超声导盲方法及其便携式超声导盲装置。 

背景技术

导盲装置是用于辅助盲人行进的一种电子装置，一般称作电子辅助行进(Electronic Travel Aid，ETA)装置。导盲装置装有不同类型的传感器，将探测前方三维空间中存在物体的信息以视觉障碍者可以接受的形式传递给他们，通常采用的是听觉(如声音强度的变化、频率的变化、音色等)和触觉(如振动、刺激等)的方式。根据导盲装置所采用的探测信号不同，目前成型的导盲系统包括：超声导盲装置、光学导盲装置、无线电导盲装置等。 

由于超声信号具有良好的指向性，且不受光线、温度等客观条件的影响，超声被广泛应用于导盲装置中，如：头戴式导盲装置，导盲眼镜，导盲手杖等。通常采用的技术为发射单一频率的超声脉冲，通过测量脉冲从发射，经障碍物反射到回波被接收所经历的时间算得障碍物的距离，将距离信息通过声音的频率或者语音方式显现出来。然而，这种单一频率的超声脉冲，只能探测出距离最近的物体的信息，使使用者对存在多个物体的较复杂环境感知能力较差，而且，一些产品反馈的提示声和触觉振动会使使用者感到迷茫，不易理解。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，应用生物声纳技术，提出一种可以准确反映出障碍物距离、大小、材质等信息，并能够识别和区分多个障碍物，产生易于理解和学习的音频提示声的超声导盲方法和并设计一种基于上述方法的便携式导盲装置。 

为实现上述发明目的，本发明提出的一种超声导盲方法，包括如下步骤： 

1)通过发射换能器向环境中发射宽带线性调频的超声探测信号；所述的超声探测信号在空气中传播，经障碍物反射，产生回波信号； 

2)再由接收换能器接收回波信号；所述步骤1)中的发射换能器和步骤2)中的接收换能器相邻放置，并指向同一个方向； 

3)对回波信号进行处理，得到音频提示声； 

4)将音频提示声通过耳机输出，反馈给使用者。 

作为本发明的超声导盲方法的一种改进，所述步骤1)中的超声探测信号由微控制器操作信号发生器产生并放大其功率。 

作为本发明的超声导盲方法的一种优选，所述步骤1)中的超声探测信号的带宽为40kHz～80kHz，周期为0.1s的线性调频信号。 

作为本发明的超声导盲方法的又一种改进，所述步骤3)中，对回波信号的处理方法包括步骤： 

3a)放大回波信号的幅度； 

3b)对放大后的回波信号采用解线性调频方法进行解调，用信号产生单元中的信号发生器产生的线性调频信号在时域上与放大后的回波信号相乘，得到包含有差频与和频的解调信号； 

3c)对解调信号低通滤波滤除解调信号中的和频信号，得到与障碍物距离成正比的差频信号，输出到音频反馈模块。 

作为本发明的超声导盲方法的又一种改进，所述步骤4)中，通过音频反馈模块将差频信号放大幅度，得到音频提示声。 

为实现上述发明的另一目的，本发明还提出一种便携式的超声导盲装置，其特征在于，该装置包括： 

发射模块，所述发射模块包括：发射换能器、信号产生单元和微控制器；所述的微控制器，用于控制信号产生单元产生连续周期的宽带线性调频信号并放大形成超声探测信号；所述的发射换能器，用于向环境中发射超声探测信号；所述的信号为带宽40kHz～80kHz，周期为0.1s的线性调频信号； 

接收模块，所述接收模块包括：接收换能器和回波处理单元；所述的接收换能器，用于接收所述的超声探测信号在空气中传播经障碍物反射所产生的回波信号；所述的发射换能器和接收换能器相邻放置，并指向同一个方向；所述的回波处理单元，用于对回波信号处理，进行回波放大、回波解调和低通滤波，得到差频信号；和 

音频反馈模块，用于放大差频信号并驱动耳机输出音频信号。 

作为本发明的的超声导盲装置的一种选择，所述的发射换能器和接收换能器是超声静电换能器，或者压电薄膜超声换能器。 

所述的发射换能器和接收换能器为超声静电换能器，需要为换能器提供一直流偏置电压以驱动其正常工作；所述的信号产生单元包括：信号发生器、信号增强电路和换能器驱动电路；所述的信号发生器由微控制器控制产生连续周期的宽带线性调频信号；所述的信号增强电路，用于将线性调频信号的功率放大；所述的换能器驱动电路，用于产生一直流偏置电压驱动所述的发射换能器和所述的接收换能器工作。