一種智能輪椅用多路超聲自主避障模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能輪椅用多路超聲自主避障模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活水平的提高和智能技術(shù)的快速發(fā)展與成熟，較低成本的智能輪椅產(chǎn)品將會(huì)真正進(jìn)入人們的生活，自主避障運(yùn)行是智能輪椅人一機(jī)一環(huán)境交互的重要交互模式。本專利就是圍繞此類技術(shù)問題，設(shè)計(jì)一種基于高性能單片機(jī)SPCE061A的較低成本的能夠檢測(cè)前方低洼地段和周圍凸出障礙物的智能輪椅多路超聲自主避障運(yùn)行模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種較低成本的能夠檢測(cè)前方低洼地段和周圍凸出障礙物的具有安全保護(hù)功能的嵌入式智能輪椅多路超聲自主避障運(yùn)行模塊。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖1示，本發(fā)明由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、多路選通電路以及D/A模塊組成。由超聲波發(fā)射模塊主要由超聲波發(fā)射電路組成，其周圍環(huán)境發(fā)射出超聲波，遇到障礙物返回后經(jīng)接收模塊(主要由超聲波接收電路組成)處理后送入到控制芯片SPCE061A，經(jīng)控制芯片處理分析后根據(jù)一定的避障控制算法控制D/A模塊輸出相應(yīng)的電壓。從而控制輪椅的運(yùn)動(dòng)，使輪椅避開周圍的障礙物或低洼地段。
[0005]本發(fā)明中的超聲傳感器組的分布如圖2所示，1-6組傳感器的安裝方向沿著箭頭方向，7-8組傳感器朝下安裝。1-3組傳感器用于檢測(cè)前方障礙物，4用于檢測(cè)左方障礙物，5用于檢測(cè)右方障礙物，6用于檢測(cè)輪椅后方障礙物，7、8組傳感器用于檢測(cè)前方低洼地段。
[0006]本發(fā)明所述的超聲波發(fā)射電路如圖3所示，三極管放大電路和反向電路組成，連接關(guān)系如圖所示，10B9為SPCE061A的引腳。控制芯片發(fā)出的方波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路和反向電路后經(jīng)過(guò)超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射出超聲波。
[0007]本發(fā)明所述的超聲波接收電路如圖4所示，由CX20106和相關(guān)外圍電路組成，COMY端連接傳感器，輸出端連SPCE061A的10B2。輸入端接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)CX20106處理后變成高低電平輸入到SPCE061A。
[0008]本發(fā)明所述的多路選通模塊如圖5所示，由多路模擬開關(guān)CD4097和三極管放大電路組成，SPCE06IA的I/O經(jīng)過(guò)放大電路分別連接到⑶4097的10、11、14引腳。17腳接接收模塊，I腳接電容后再接發(fā)射模塊。本發(fā)明采用8通道測(cè)距測(cè)量輪椅的外部環(huán)境，由SPCE061A的三個(gè)I/O 口控φ?」8個(gè)通道分時(shí)工作的順序。按照順序依次檢測(cè)各個(gè)方向上的障礙物信息。
[0009]本發(fā)明所述的D/A模塊如圖6由2個(gè)TLV5618和一個(gè)MC1403芯片組成。TLV5618的DIN、SCLK、CS分別與I/O 口相連，輸出端與電動(dòng)輪椅平臺(tái)相連。REF與MC1403的2引腳相連。控制芯片SPCE061A通過(guò)該模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓，根據(jù)一定的規(guī)律控制輪椅運(yùn)動(dòng)。
[0010]本發(fā)明的程序流程圖如圖8所示，輪椅運(yùn)行時(shí)，各組傳感器循環(huán)探測(cè)周圍的障礙物，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時(shí)器開啟即使，等待一段時(shí)間防止余波干擾，再開啟EXTl，外部中斷，接收到超聲波信號(hào)后，處理測(cè)距結(jié)果，如果測(cè)距超時(shí)，則將結(jié)果值標(biāo)記為2米，等至IJ8路測(cè)距完成后根據(jù)三種避障策略左轉(zhuǎn)優(yōu)先避開前方障礙物和避開低洼地段的策略、避開左右側(cè)面障礙物的策略和避開死角與胡同的策略進(jìn)行避障，使輪椅避開周圍的障礙物。
[0011]本發(fā)明的有益效果:在單片機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)輪椅進(jìn)行智能化升級(jí)，使輪椅能夠?qū)崿F(xiàn)在不同環(huán)境下針對(duì)不同特征的障礙物和低洼地段采取不同的避障策略的自主避障運(yùn)行，同時(shí)，該避障模塊還可融入到智能輪椅的語(yǔ)音控制和視覺自主導(dǎo)航模態(tài)中，實(shí)現(xiàn)了智能輪椅在語(yǔ)音控制和視覺導(dǎo)航模態(tài)下的安全保護(hù)運(yùn)行。同時(shí)，本發(fā)明無(wú)需PC機(jī)或DSP等高性能微處理器，具有成本低，功耗低，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊、盲區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，并且通用性強(qiáng)，可以移植到其它移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上，具有很好的市場(chǎng)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明超聲波傳感器的分布圖；
圖3為本發(fā)明超聲波發(fā)射電路圖；
圖4為本發(fā)明超聲波接收電路圖；
圖5為本發(fā)明多通道選通模塊電路圖；
圖6為本發(fā)明D/A模塊電路圖；
圖7為本發(fā)明超聲傳感器距離檢測(cè)圖解；
圖8為本發(fā)明自主運(yùn)行模塊程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]參見圖1，一種基于SPCE061A的嵌入式智能輪椅多路超聲自主避障模塊，包括主控芯片SPCE061A，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，多路選通模塊，超聲波傳感器組，D/A模塊。
[0015]本發(fā)明所述的SPCE061A主控電路板，包括了單片機(jī)需要的晶振、復(fù)位、程序燒寫接口等電路。SPCE061A與超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、D/A模塊電信相連，D/A模塊與電動(dòng)輪椅平臺(tái)電信相連。多路選通模塊與超聲波發(fā)射模塊和接收模塊電信相連。如圖1所示。
[0016]本發(fā)明中的超聲傳感器組的分布如圖2所示，1-6組傳感器的安裝方向沿著箭頭方向，7-8組傳感器朝下安裝。1-3組傳感器用于檢測(cè)前方障礙物，4用于檢測(cè)左方障礙物，5用于檢測(cè)右方障礙物，6用于檢測(cè)輪椅后方障礙物，7、8組傳感器用于檢測(cè)前方低洼地段。
[0017]本發(fā)明所述的超聲波發(fā)射電路如圖3所示，三極管放大電路和反向電路組成，SPCE061A的10B9首先經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管放大電路，然后再經(jīng)過(guò)一組反向器。再分支成兩路，一路經(jīng)過(guò)兩組并列的反向器和一個(gè)電容后與超聲波傳感器電信相連。另一路經(jīng)過(guò)一組反向器和兩組并列的反向器后與超聲波傳感器電信相連。
[0018]超聲波發(fā)射模塊的作用是根據(jù)SPCE061A發(fā)出的方波信號(hào)使超聲波傳感器發(fā)射出對(duì)應(yīng)頻率的超聲波。
[0019]本發(fā)明所述的超聲波接收電路如圖4所示，由CX20106和相關(guān)外圍電路組成，I引