[发明专利]一种辅助盲人感知的超声波触觉反馈系统及其方法

权利要求书

1.一种辅助盲人感知的超声波触觉反馈方法，其特征在于，利用辅助盲人感知的超声波触觉反馈系统实现，辅助盲人感知的超声波触觉反馈系统包括：

PC端，完成对盲文点的信息分析与焦点计算，生成焦点的时间序列，通过串行通信传输给微控制器；

微控制器，储存焦点信息，接收PC端对焦点的控制信息，将时间序列传输给FPGA控制器；

FPGA控制器，完成焦点在不同单元坐标系下的转换，将信息传输给超声波相控阵，包括一个主FPGA控制器和多个从FPGA控制器，主FPGA控制器完成焦点在不同单元坐标系下的转换，将处理后的控制信息传输给对应的从FPGA控制器，从FPGA控制器接收来自主FPGA控制器的焦点位置和幅度信号，计算每个超声波换能器的相位延迟，并将驱动信号施加到每一个超声波换能器，超声波换能器为发射型传感器，只发射超声波，不接收超声波，超声波换能器发出40khz的超声波信号，每两个通道使用双驱动器MOSFET，且带有2个去耦电容；

超声波相控阵，接收FPGA控制器发送的信息，使用空间体积调制方法控制由超声相控阵包围的腔中的声压分布，通过驱动信号对各单元超声波换能器的作用在空间形成多个触觉点或立体图形，实现静止且可自由触摸的空中虚拟盲文点；根据焦点坐标通过相位延迟的方式将发射调制的超声波聚焦在焦点处，使人获得触觉感知以表明当前手势任务已顺利完成，超声波相控阵是一个n面的空间多面体，n为非0的自然数，包括多个超声波相控单元，每个超声波相控单元包括多个超声波换能器，超声波相控单元为树形网络拓扑连接，每个超声波相控单元都有一个输入，多个输出，传输到输入端口的信号从所有输出端口输出；

手部位置捕捉传感器，当盲人完成一组盲文的识别，手部位置捕捉传感器捕捉到识别位置信息，将信号传输给PC端，PC端即发送下一组控制信号，完成信息的实时更新显示，

首先生成期望的振动触觉盲文点，采用相位检索的方式确定焦点数据的时间序列，PC端将时间序列发送到微控制器，微控制器根据焦点位置和幅度计算相位延迟并在换能器上产生所有驱动信号并传递给超声波换能器，使用空间调制的方法，控制由超声波相控阵包围的腔中的声压分布，实现静止且可自由触摸的空中虚拟盲文点，盲人用手从左到右完成一组触觉点的识别后，手部位置捕捉传感器检测到已完成识别，立即呈现下一组盲文信息，辅助盲人非接触触摸感知，包括以下步骤：

S1、PC端显示需要形成的盲文符号，通过对盲文符号进行分析，焦点计算，形成包含焦点位置(x,y,z)的坐标信息，焦点振幅以及焦点的持续时间的时间序列；

S2、微控制器从PC端接收包含位置信息、焦点振幅和焦点持续时间的时间序列信息的控制信号，并将聚焦信号包发送到输入端口；

S3、微控制器与FPGA控制器的主FPGA控制器连接，主FPGA控制器通过串行通信接收控制信息，每个单元以精确的间隔接收从微控制器发送的分组序列，主FPGA控制器根据全局坐标中每个超声波相控阵单元的位置将它们转换为本地坐标各单元对应的坐标系；

S4、FPGA控制器的从FPGA控制器从主FPGA控制器接收焦点位置和幅度，直接连接到手部运动捕捉传感器，计算每个手部运动捕捉传感器的适当相位延迟，以便聚焦在所需位置；

S5、从FPGA控制器发出驱动信号，每个信号由通过数字输出发射的0和1流表示，信号模式被分成以循环方式发射的离散数量的步骤，通过移动模式获得不同的相位；

S6、使用空间调制的方法，控制由超声波相控阵包围的腔中的声压分布，实现静止且可自由触摸的空中虚拟盲文点；

S7、为PC端发送焦点信息给微控制器，微控制器发送驱动信号给超声波相控阵，空间包围的超声波相控阵的空腔里形成一组盲文点，当盲人用手在空间里从左至右完成一组触觉点的识别后，手部运动捕捉传感器捕捉手部位置，将已完成识别的信息发送到PC端，PC端则立即发送下一组焦点数据信息给控制单元，完成新一组的触点生成。