新型交叉路口电子导盲器的设计

引言

    本文介绍了一种名为“盲人交叉路口电子导航器”的新型专利技术(专利号为ZL03237354.6)，与此相关的技术有美国的“超高音速声音系统(HSS)”。HSS系统的原理和“声音聚光灯”类似，是把声波转换成超声波信号，试验者听到了一个来自100米之外的声音，非常清晰，但是当他往旁边挪了几步之后，就什么也听不见了。国内的交叉路口导盲器主要采用的是简单的语音提示方式，即在红灯时用扬声器发出急促的信号，绿灯时发出缓和的信号。HSS的系统造价昂贵，技术水平高，而且发射时不稳定，会出现断音的现象。简单语音提示导盲设备有着明显的缺点，在大街上声音很容易被噪音淹没，提示效果不明显。本文介绍了一种在一定范围内发射/接收低频语音信号的技术，基于此技术设计出的盲人交叉路口电子导航器能够通过准确的语音提示帮助盲人安全过马路。

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图1  发射和接收的原理框图

系统方案与工作原理

设计方案

    该系统的设计分为发射和接收两个部分，发射部分采用两个语音芯片，分别存储“绿灯，可以通行！”和“红灯，禁止通行！”的语音提示信号。利用绿灯的亮灭控制继电器，选择语音芯片，并把相应的语音提示信号传输给功率放大器进行放大，再发送到线圈上发射。在接收部分也利用线圈感应发射的语音信号，经运放放大之后驱动扬声器，这样就可以为盲人过马路时进行语音提示。由于传输到发射线圈的是低频信号，所以从发射线圈激发出低频电磁波，而低频电磁波在传播过程中容易衰减，因此，接收部分存在一个有效接收范围，当超出这个有效接收范围时，接收部分只收到很微弱的信号或接收不到信号，而这个有效接收范围的大小与发射部分的发射功率有关，发射功率越大，有效接收范围越大，所以，适当调节发射功率的大小，控制好有效接收的范围，就不会对其它路段造成干扰。

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工作原理

    本设计的核心思想是利用线圈发射/接收低频语音信号。其次是监控红绿灯自动转换导盲器所发出的语音提示信号。下面结合电路原理图(见图1)说明整个设计的工作原理。Audio1与Audio2为语音芯片，分别存储了“绿灯，可以通行！”与“红灯，禁止通行！” 语音信号，通过继电器选择送入功放模块进行放大，然后直接送入发射线圈进行低频语音信号发射。接收线圈接收到音频信号后，利用运放芯片和功放对信号进行放大，驱动扬声器发声。

    在实物的测量和计算上，各部分的参数如表1所示。

参考设计电路

    发射部分(见图2)采用两个语音芯片ISD1420来存储预设的语音信号，该芯片稳定性好，音质清晰，价格比较便宜。功放模块采用AV8000给发射线圈L1提供足够大的发射功率。

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图2  发射部分电路的设计

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图3接收部分电路设计

    接收部分的电路设计如图3所示，其中采用TDA2822对接收线圈L2接收到的弱信号进行放大，再经过由9014组成的两级耦合放大器放大扩流后，给负载提供足够的功率。可调电容C2可以滤掉一些电台干扰。

    当音频信号(相当于正弦波)加载到发射线圈L1上之后， L1在周围产生磁场，而L1可以看成是全开放的LC振荡，将电磁波发射出去(发射部分的功放模块推荐采用AV8000)。接收线圈L2和C组成的振荡电路与空间的电磁波产生共振，有效的接收电磁波。由于低频率电磁波在空气中的衰减系数大，所以传播范围不远，利用这点可以避免相邻路口电磁波产生干扰。

具体实施方案

    本设计在实际应用中相当灵活，只要从绿灯引两根导线到继电器控制端，即可控制语音信号的转换，而发射线圈的放置也很灵活，可以埋在盲道下方，或者挂在盲道上方，也可以放在侧面，只要不对相邻线圈产生干扰且接收效果比较清晰又不影响交通即可。接收端可带在使用者身上，由耳机或者扬声器提供所接收到的语音提示。

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图4：发射线圈在盲道上的安排

    发射线圈的放置如图4所示，在同一人行道的两端放置相同信号的发射线圈，这样保证了在人行道两端能够得到最清晰的语音提示，由于相邻人行道的发射线圈信号相反，必须考虑它们之间的干扰，相反信号发射线圈的距离必须大于接收部分的有效接收范围。还可以通过调节发射功率来控制有效接收范围。

结语

    盲人过马路导盲器的设计结构简单，成本低，容易实施，具有较高性价比。实施过程中应严格考虑相邻线圈之间的干扰，否则将造成严重后果。

参考文献
1 梁灿彬，秦光戎，梁竹健.电磁学[M]. 高等教育出版社.1980
2 梁明理，邓仁清.电子线路[M].第四版. 高等教育出版社.2001
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4 马义.“传音入密”武器[J].聪明泉(少儿版),2004,8