新型交叉路口電子導(dǎo)盲器的設(shè)計(jì)

引言

    本文介紹了一種名為“盲人交叉路口電子導(dǎo)航器”的新型專利技術(shù)(專利號(hào)為ZL03237354.6)，與此相關(guān)的技術(shù)有美國(guó)的“超高音速聲音系統(tǒng)(HSS)”。HSS系統(tǒng)的原理和“聲音聚光燈”類似，是把聲波轉(zhuǎn)換成超聲波信號(hào)，試驗(yàn)者聽到了一個(gè)來自100米之外的聲音，非常清晰，但是當(dāng)他往旁邊挪了幾步之后，就什么也聽不見了。國(guó)內(nèi)的交叉路口導(dǎo)盲器主要采用的是簡(jiǎn)單的語(yǔ)音提示方式，即在紅燈時(shí)用揚(yáng)聲器發(fā)出急促的信號(hào)，綠燈時(shí)發(fā)出緩和的信號(hào)。HSS的系統(tǒng)造價(jià)昂貴，技術(shù)水平高，而且發(fā)射時(shí)不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)斷音的現(xiàn)象。簡(jiǎn)單語(yǔ)音提示導(dǎo)盲設(shè)備有著明顯的缺點(diǎn)，在大街上聲音很容易被噪音淹沒，提示效果不明顯。本文介紹了一種在一定范圍內(nèi)發(fā)射/接收低頻語(yǔ)音信號(hào)的技術(shù)，基于此技術(shù)設(shè)計(jì)出的盲人交叉路口電子導(dǎo)航器能夠通過準(zhǔn)確的語(yǔ)音提示幫助盲人安全過馬路。

740)this.width=740" border=undefined>
圖1  發(fā)射和接收的原理框圖

系統(tǒng)方案與工作原理

設(shè)計(jì)方案

    該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為發(fā)射和接收兩個(gè)部分，發(fā)射部分采用兩個(gè)語(yǔ)音芯片，分別存儲(chǔ)“綠燈，可以通行！”和“紅燈，禁止通行！”的語(yǔ)音提示信號(hào)。利用綠燈的亮滅控制繼電器，選擇語(yǔ)音芯片，并把相應(yīng)的語(yǔ)音提示信號(hào)傳輸給功率放大器進(jìn)行放大，再發(fā)送到線圈上發(fā)射。在接收部分也利用線圈感應(yīng)發(fā)射的語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放放大之后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，這樣就可以為盲人過馬路時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提示。由于傳輸?shù)桨l(fā)射線圈的是低頻信號(hào)，所以從發(fā)射線圈激發(fā)出低頻電磁波，而低頻電磁波在傳播過程中容易衰減，因此，接收部分存在一個(gè)有效接收范圍，當(dāng)超出這個(gè)有效接收范圍時(shí)，接收部分只收到很微弱的信號(hào)或接收不到信號(hào)，而這個(gè)有效接收范圍的大小與發(fā)射部分的發(fā)射功率有關(guān)，發(fā)射功率越大，有效接收范圍越大，所以，適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小，控制好有效接收的范圍，就不會(huì)對(duì)其它路段造成干擾。

740)this.width=740" border=undefined>

工作原理

    本設(shè)計(jì)的核心思想是利用線圈發(fā)射/接收低頻語(yǔ)音信號(hào)。其次是監(jiān)控紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換導(dǎo)盲器所發(fā)出的語(yǔ)音提示信號(hào)。下面結(jié)合電路原理圖(見圖1)說明整個(gè)設(shè)計(jì)的工作原理。Audio1與Audio2為語(yǔ)音芯片，分別存儲(chǔ)了“綠燈，可以通行！”與“紅燈，禁止通行！” 語(yǔ)音信號(hào)，通過繼電器選擇送入功放模塊進(jìn)行放大，然后直接送入發(fā)射線圈進(jìn)行低頻語(yǔ)音信號(hào)發(fā)射。接收線圈接收到音頻信號(hào)后，利用運(yùn)放芯片和功放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

    在實(shí)物的測(cè)量和計(jì)算上，各部分的參數(shù)如表1所示。

參考設(shè)計(jì)電路

    發(fā)射部分(見圖2)采用兩個(gè)語(yǔ)音芯片ISD1420來存儲(chǔ)預(yù)設(shè)的語(yǔ)音信號(hào)，該芯片穩(wěn)定性好，音質(zhì)清晰，價(jià)格比較便宜。功放模塊采用AV8000給發(fā)射線圈L1提供足夠大的發(fā)射功率。

740)this.width=740" border=undefined>
圖2  發(fā)射部分電路的設(shè)計(jì)

740)this.width=740" border=undefined>
圖3接收部分電路設(shè)計(jì)

    接收部分的電路設(shè)計(jì)如圖3所示，其中采用TDA2822對(duì)接收線圈L2接收到的弱信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)過由9014組成的兩級(jí)耦合放大器放大擴(kuò)流后，給負(fù)載提供足夠的功率?？烧{(diào)電容C2可以濾掉一些電臺(tái)干擾。

    當(dāng)音頻信號(hào)(相當(dāng)于正弦波)加載到發(fā)射線圈L1上之后， L1在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，而L1可以看成是全開放的LC振蕩，將電磁波發(fā)射出去(發(fā)射部分的功放模塊推薦采用AV8000)。接收線圈L2和C組成的振蕩電路與空間的電磁波產(chǎn)生共振，有效的接收電磁波。由于低頻率電磁波在空氣中的衰減系數(shù)大，所以傳播范圍不遠(yuǎn)，利用這點(diǎn)可以避免相鄰路口電磁波產(chǎn)生干擾。

具體實(shí)施方案

    本設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)靈活，只要從綠燈引兩根導(dǎo)線到繼電器控制端，即可控制語(yǔ)音信號(hào)的轉(zhuǎn)換，而發(fā)射線圈的放置也很靈活，可以埋在盲道下方，或者掛在盲道上方，也可以放在側(cè)面，只要不對(duì)相鄰線圈產(chǎn)生干擾且接收效果比較清晰又不影響交通即可。接收端可帶在使用者身上，由耳機(jī)或者揚(yáng)聲器提供所接收到的語(yǔ)音提示。

740)this.width=740" border=undefined>
圖4：發(fā)射線圈在盲道上的安排

    發(fā)射線圈的放置如圖4所示，在同一人行道的兩端放置相同信號(hào)的發(fā)射線圈，這樣保證了在人行道兩端能夠得到最清晰的語(yǔ)音提示，由于相鄰人行道的發(fā)射線圈信號(hào)相反，必須考慮它們之間的干擾，相反信號(hào)發(fā)射線圈的距離必須大于接收部分的有效接收范圍。還可以通過調(diào)節(jié)發(fā)射功率來控制有效接收范圍。

結(jié)語(yǔ)

    盲人過馬路導(dǎo)盲器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易實(shí)施，具有較高性價(jià)比。實(shí)施過程中應(yīng)嚴(yán)格考慮相鄰線圈之間的干擾，否則將造成嚴(yán)重后果。

參考文獻(xiàn)
1 梁燦彬，秦光戎，梁竹健.電磁學(xué)[M]. 高等教育出版社.1980
2 梁明理，鄧仁清.電子線路[M].第四版. 高等教育出版社.2001
3 高坳.聲音的力量[J].百科知識(shí),2004,6
4 馬義.“傳音入密”武器[J].聰明泉(少兒版),2004,8