淺談紅外傳感器在導(dǎo)盲車系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、科技信息2011年第3期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0引言隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及相關(guān)條件的日趨成熟,作為信息技術(shù)三大基礎(chǔ)之一的傳感器技術(shù)逐漸受到了各學(xué)科領(lǐng)域的高度重視,已成為當(dāng)前各發(fā)達國家競相發(fā)展的高技術(shù)之一1。其中紅外傳感器是大家非常熟悉的一類傳感器,它是以紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng),能用于輻射和光譜測量、搜索和跟蹤系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、測距和通信系統(tǒng)等,已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實踐中發(fā)揮出了巨大的作用。 導(dǎo)盲車也稱導(dǎo)盲機器人,更通俗的叫法是“電子導(dǎo)盲犬”。顧名思義,其功能是幫助盲人朋友確定自己所在的位置,并且?guī)椭と伺笥寻踩樌氐竭_目的地。導(dǎo)盲車上裝有信

2、息處理器、傳感器和接收器等裝置,能對路標(biāo)進行連續(xù)檢測,獲取前方交通信息,從而控制汽車的驅(qū)動系統(tǒng)。本文將對紅外傳感器在導(dǎo)盲車系統(tǒng)中的應(yīng)用做一個淺析。1紅外傳感器的避障原理紅外傳感器一般由紅外發(fā)射管、紅外接收管、紅外發(fā)射電路和紅外接收處理電路組成。紅外傳感器的避障工作原理是:當(dāng)遇到前方有障礙物的時候,紅外發(fā)射管發(fā)射出去的紅外光經(jīng)障礙物反射之后被紅外接收管接收,其輸出會立即發(fā)生高低電平的轉(zhuǎn)換,該信號經(jīng)由放大電路放大之后被送入單片機,可由單片機系統(tǒng)分析處理后做出前方有障礙物的判斷,從而對導(dǎo)盲車的前進方向做出修正。2紅外傳感器的測距原理有些功能較完善的導(dǎo)盲車會自動判斷出前方障礙物的距離,從而控制車體的轉(zhuǎn)

3、向角度。導(dǎo)盲車的測距系統(tǒng)往往由超聲波傳感器和紅外傳感器共同組成。超聲波傳感器的測距原理是:首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間,再乘以超聲波的速度,最后除以2,得到的就是車體當(dāng)前位置與障礙物之間的距離。雖然通過一定的方式可以提高超聲波測距的精度,但是,采用該方式仍存在一定的缺陷有盲區(qū)。超聲波傳感器的測距范圍一般在30300厘米之間,如果導(dǎo)盲車的前進方向突然近距離竄出一個障礙物體,有可能會導(dǎo)致超聲波傳感器測距失誤。而紅外傳感器可較好地探測近距離范圍內(nèi)的障礙物,一般在幾十厘米之內(nèi),因此,采用這兩種傳感器一起測量可實現(xiàn)良好的互補2。紅外傳感器的測距原理是:紅外接收管接收到的反射光強隨障礙

4、物體的距離變化,距離近,則反射光強,距離遠,則反射光弱,因此根據(jù)接收到的反射光的強弱可以大致判斷障礙物的距離。 3紅外傳感器的循跡原理為了給盲人提供行路方便,城市道路中往往設(shè)有盲道。如果能正確地引導(dǎo)盲人朋友在盲道上行走,會大大增加盲人朋友出行的安全性。導(dǎo)盲車系統(tǒng)的盲道循跡有很多種方式,可以采用超聲波傳感器循跡,也可以采用視覺傳感器循跡,還可以采用紅外傳感器循跡。在此簡單介紹紅外傳感器循跡的基本原理:為了醒目地提醒過往行人注意避讓盲人朋友,修建盲道的盲道磚大多呈黃色,與旁邊的普通人行道形成較明顯的顏色反差。由于深色的普通人行道和淺色的盲道對紅外光的反射強度不同,因此,一直處于盲道上的導(dǎo)盲車一旦偏

5、離了盲道,其系統(tǒng)接收到路面反射回來的反射紅外光強度就會發(fā)生較大的變化。利用該特性,通過單片機就能獲取不同的電平信號,從而對小車的前進方向進行控制。4應(yīng)用實例下面簡要說明一款導(dǎo)盲車的設(shè)計原理,該設(shè)計中應(yīng)用了紅外傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器等多種傳感器技術(shù)。如圖1所示,該導(dǎo)盲車系統(tǒng)具有以下功能:避障功能,一旦遇到前方有障礙物,能自動校正前進方向,成功避開障礙物;盲道循跡功能,正常情況下,能帶領(lǐng)盲人朋友沿著盲道行走而不偏離方向;識別斑馬線功能,過十字路口時,能準(zhǔn)確尋找到斑馬線的位置,帶領(lǐng)盲人朋友從斑馬線穿過馬路,大大提高安全性;識別交通燈功能,遇到交通燈時,能正確辨別出交通燈的顏色,紅燈停,綠燈

6、行。圖1導(dǎo)盲車系統(tǒng)功能設(shè)計圖該設(shè)計中,避障功能采用紅外傳感器和超聲波傳感器共同實現(xiàn),前者負責(zé)近距離障礙物的檢測,后者負責(zé)遠距離障礙物的檢測,增加了設(shè)計的可靠性。盲道循跡功能同樣采用紅外傳感器實現(xiàn),只是安裝位置與避障紅外傳感器不同,要更靠近車頭的底部,同時要適當(dāng)多安裝幾對紅外對管。識別斑馬線功能和識別交通燈功能均采用視覺傳感器實現(xiàn),雖然價格較一般傳感器昂貴,但其檢測數(shù)據(jù)更豐富,更利于功能的實現(xiàn)。不過,考慮到斑馬線和交通燈的位置不同,而視覺傳感器的廣角有限,可采用兩個傳感器,根據(jù)安裝位置的不同,可分別實現(xiàn)斑馬線和交通燈的判別。圖2所示為該導(dǎo)盲車系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖。導(dǎo)盲車分主板和驅(qū)動板兩個部分設(shè)計。主板

7、部分以三星32位CMOS 微控制器S3C2440為核心,外圍連接超聲波傳感器、紅外傳感器、視覺傳感器等模塊,主要實現(xiàn)各類道路信息的檢測并處理,產(chǎn)生驅(qū)動板的控制信號。驅(qū)動板部分由AVR 單片機模塊、左右輪電機模塊及相應(yīng)的驅(qū)動電路和編碼電路構(gòu)成,能接收主板傳送過來的信號,并轉(zhuǎn)換成一系列驅(qū)動信號去控制小車左右輪的運動。圖2導(dǎo)盲車系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖5結(jié)束語紅外傳感器因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定、開發(fā)使用簡單等特點,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、民用產(chǎn)品中3。本文僅對紅外傳感器在導(dǎo)盲車系統(tǒng)中的應(yīng)用做了一個淺析,并給出了一個應(yīng)用實例。在其它應(yīng)用領(lǐng)域,作者將繼續(xù)對紅外傳感器及其它更多的實用傳感器做(下轉(zhuǎn)第426頁淺談紅外傳

8、感器在導(dǎo)盲車系統(tǒng)中的應(yīng)用張瑩陳勝勇(浙江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院浙江杭州310014【摘要】介紹了紅外傳感器在導(dǎo)盲車系統(tǒng)中的基本應(yīng)用,分析了紅外傳感器的避障原理、測距原理、循跡原理,并給出了一個導(dǎo)盲車應(yīng)用實例。該導(dǎo)盲車具有避障功能、盲道循跡功能、識別斑馬線功能、識別交通燈功能?！娟P(guān)鍵詞】紅外傳感器;導(dǎo)盲車;避障;循跡科教前沿463科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2011年第3期(上接第463頁深入的分析與研究?！緟⒖嘉墨I】1陸遙.傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景J.經(jīng)濟師,2009年第9期:273-274.2王慧娟,袁全波,房好帥.基于ARM 的移動機器人

9、紅外測距系統(tǒng)的設(shè)計J.北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2010(4:18-20.3林雪梅.熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用J.甘肅科技縱橫,2005年,第34卷,第1期:41-42.責(zé)任編輯:張慧科(上接第449頁小組負責(zé),學(xué)生可以根據(jù)自己已學(xué)的知識和興趣選擇不同的模塊。實驗教師來自于教學(xué)一線的理論教師,有各種專業(yè)特長,每個小做教師的專業(yè)特長也有所不同。對學(xué)生的實驗指導(dǎo)有很好的互補性。2.3普及性教學(xué)和重點培養(yǎng)相結(jié)合,充分發(fā)揮每位同學(xué)的主觀能動性。對每個模塊的實驗內(nèi)容設(shè)置充分考慮了學(xué)生水平的差異,分為基本、提高和發(fā)揮要求。使同學(xué)能得到普遍的鍛煉,對學(xué)習(xí)要求高,基礎(chǔ)好的同學(xué)可以完成提高和發(fā)揮,充分展示這些學(xué)生的才

10、能。2.4通過先進的實驗教學(xué)設(shè)備和現(xiàn)代化管理手段,保證實驗改革的進行課程實驗的改革是基于新實驗平臺的建設(shè)基礎(chǔ)之上的,最重要的是自主研發(fā)的“開放實驗室信息管理系統(tǒng)”。通過系統(tǒng)實現(xiàn)了課程設(shè)計實驗計劃公布,學(xué)生網(wǎng)上實驗預(yù)約,學(xué)生自主實驗的自動過程控制,實驗結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)提交等一系列的電子化管理。同時管理系統(tǒng)可以保障課程實驗和其他實驗之間的協(xié)調(diào)。極大地提高了實驗設(shè)備的利用率。適應(yīng)新環(huán)境下的實驗教學(xué)方式,釋放更多的教學(xué)資源。實驗中心是學(xué)生實驗教學(xué)的綜合平臺,它要同時承擔(dān)課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、學(xué)生自主實驗和課外科技開發(fā)等。3總結(jié)教學(xué)改革不但培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實踐能力,也解決了課程實驗和課程設(shè)計在時間資源

11、上的矛盾,同時還提高了實驗設(shè)備的利用率。由于這種教學(xué)模式必須依托所在院校的教學(xué)計劃和專業(yè)課程建設(shè),在實施過程中需要不斷加以修正,同時也需要專業(yè)指導(dǎo)教師配合,設(shè)計出從課堂教學(xué)到畢業(yè)設(shè)計一系列循序漸進的教學(xué)大綱,使得學(xué)生可以從無到有,從生疏到熟練,完成綜合型專業(yè)人才的培養(yǎng)。作者簡介:梅霆(1970,男,南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院,講師,東南大學(xué)信號與信息處理專業(yè)碩士,主要從事計算機通信、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)以及學(xué)院軟件設(shè)計和課程設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的安排、規(guī)劃等工作。林建中(1959,男,南京郵電大學(xué)通信與信息處理實驗教學(xué)中心主任,高工,主要從事實驗室管理、實驗室建設(shè)以及光纖通信與傳輸技術(shù)課程教學(xué)等工

12、作?；痦椖?1.南京郵電大學(xué)2009年教學(xué)改革研究立項項目“多通道層次型實踐教學(xué)模式研究”(編號JG00209JX35。2.南京郵電大學(xué)2009年教學(xué)改革研究立項項目“提高綜合開放實驗室運行效率方法的研究”(編號JG00209JX31。責(zé)任編輯:曹明明科科平時表現(xiàn)、教學(xué)實習(xí)及社會實踐等過程評價與期末學(xué)生教育、教學(xué)能力的結(jié)果評價有機結(jié)合起來,把學(xué)生的體育意識、體育知識和實踐應(yīng)用、體育方法和手段等的實際運用作為檢查和考核的重點,同時結(jié)合運動技術(shù)和技能的考核,按適宜的比例進行。在實際教學(xué)中,可以經(jīng)常組織學(xué)生參與說課和上課,并進行有效、合理地評課,同時在教師指導(dǎo)下組織學(xué)生開展實踐課的設(shè)計和模擬教學(xué)等

13、實際操作,通過一系列上課、說課,教師合理且有效地考核評價學(xué)生能力,這對培養(yǎng)學(xué)生自我認知能力和學(xué)習(xí)積極性有著重要的作用。2.2優(yōu)化學(xué)生組織運動訓(xùn)練、競賽的能力體育教育專業(yè)的學(xué)生大多是未來的中小學(xué)體育老師。因此,帶學(xué)校訓(xùn)練隊,組織學(xué)校各種比賽是最基本的工作范圍。所以在大學(xué)期間體育教育專業(yè)學(xué)生應(yīng)抓住機會,多參加學(xué)校運動隊的組建、訓(xùn)練,策劃組織學(xué)校的各種競賽,參加各項比賽的裁判工作,必須熟練掌握一般田徑、球類、體操等體育運動項目的競賽規(guī)則與裁判法,擔(dān)任小型多樣的運動會編排、策劃和裁判工作。這也要求體育院系的老師多給學(xué)生提供這樣的機會。如可讓體育教育專業(yè)的學(xué)生擔(dān)任學(xué)校體育俱樂部的各項教學(xué)、裁判工作,也可

14、在一些校級球賽和運動會上擔(dān)任裁判。這樣體育教育專業(yè)的學(xué)生組織運動訓(xùn)練、競賽的能力通過大學(xué)四年的鍛煉會大大加強,以后步入工作崗位后就能順利地帶好訓(xùn)練隊,組織好學(xué)校的各項競賽。2.3合理安排課程內(nèi)容,切實提高學(xué)生的科研能力在教學(xué)內(nèi)容的安排上,倡導(dǎo)課程綜合化,讓學(xué)生形成寬廣的知識面;加強人文社會學(xué)科的學(xué)習(xí),增設(shè)新的科目,同時加強交叉學(xué)科的引入,拓寬人才培養(yǎng)的專業(yè)知識面,為學(xué)生提供大量的應(yīng)用性知識和豐富多彩的學(xué)科前沿動態(tài)。加強現(xiàn)代化教育技術(shù)課程的開設(shè)與學(xué)習(xí),善于利用現(xiàn)代化教學(xué)輔助手段,開設(shè)計算機與專業(yè)英語課程,利用網(wǎng)絡(luò)資源以及信息化多維系統(tǒng)為教學(xué)活動服務(wù),提高學(xué)生運用信息技術(shù)手段服務(wù)體育的能力,培養(yǎng)學(xué)

15、生的創(chuàng)新精神,鍛煉學(xué)生的科研能力。2.4合理利用體育教學(xué)評價能力在教學(xué)過程中體育教師首先明確教學(xué)目的,增強對教學(xué)評價認識。利用各種途徑提升自我素養(yǎng),對每次課的教學(xué)質(zhì)量能夠做到心中有數(shù),對出現(xiàn)的問題及時加以改進,掌握教學(xué)評價藝術(shù),對于學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)態(tài)度,多肯定少批評,充分肯定他們一點一滴的進步。評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,需要秉著科學(xué)性、發(fā)展性、可比性、硬性指標(biāo)和軟性指標(biāo)相結(jié)合、可操作性五個原則。教師可以從學(xué)生的體育可參與、運動技能、體適能、心理促進和社會適應(yīng)性等方面進行評價。不能簡單地用某項成績來評價某個學(xué)生,而應(yīng)該以學(xué)生在多種多樣的培養(yǎng)活動中的表現(xiàn)來全面地評價他們的各種能力。總之,體育教師的專業(yè)能力水平直接影響到我國中小學(xué)體育教學(xué)的質(zhì)量。因此,體育教師要大力發(fā)展自身的專業(yè)能力和業(yè)務(wù)素質(zhì),做一個合格的體育教育工作者?！緟⒖嘉墨I】1曾劍斌,吳嘉毅.新課程條件下體育教師專業(yè)素質(zhì)的研究J.漳州師范學(xué)院學(xué)報,2004,(2:112-116.2劉志偉,周特躍,中學(xué)體育教師能力素質(zhì)與高師體育專業(yè)人才培養(yǎng)研究J.湖南人文科技學(xué)院學(xué)報,2004(6:85-88.3魯琦,陳曉榮.對安徽省中學(xué)體育教師綜合素質(zhì)的調(diào)查研究J.北京體育大學(xué)學(xué)報,2006(5:660-662.4張楊.關(guān)于體育教師專業(yè)