探索一下盲人超聲波拐杖的原理和製作

盲人柺杖,與傳統柺杖的最大不同在於其在外觀設計上十分小巧,並且其並不是直接通過柺杖與障礙物的接觸來感應物體,而是通過超聲波來測量障礙物與使用者之間的距離,並根據距離的不同發出大小不同的聲音,障礙物與使用者之間的距離越近,聲音越大。這樣,盲人就能根據聲音的方向和大小判別出障礙物的位置和距離。

探索一下盲人超聲波柺杖的原理和製作

超聲柺杖可以在旁人毫無覺察的情況下,探測出前方2m處甚至更遠範圍內的障礙物,幫助盲人“看見”前方的障礙物,是盲人行路的有力助手。超聲柺杖其實是一個主動式的超聲波探測器,其工作原理類似於蝙蝠。蝙蝠在能在黑暗中快速飛行而不會碰到障礙物,不是因為其視覺好,而是因為其在飛行的過程中向前方發射人類看不見聽不到的超聲波(相當於超聲柺杖的發射裝置),超聲波遇到障礙物時會被反射回來,蝙蝠通過接收並分析反射回來的超聲波(相當於超聲柺杖的接收裝置),就能“看見”一定距離內的障礙物。超聲柺杖的工作過程如圖所示。

探索一下盲人超聲波柺杖的原理和製作

超聲波是聲波大家族中的一員。我們平時說話時的聲波就是通過聲帶的機械振動產生的,聲波通過一定的介質向四面八方傳播。人們發現,當振動頻率大於20kHz時產生的聲波在自然環境下人類是聽不到和感受不到的,為了區別一般的聲波,於是就把頻率高於人的聽覺上限(約為20kHz)的聲波,稱為超聲波或者超聲。超聲柺杖的工作原理如圖,發射部分中的超音頻振盪器產生40kHz超音頻振盪信號,被音頻信號調製後,通過超聲換能器向外發射超聲波。接收部分中的超聲換能器接收到障礙物反射回來的超聲波後,將其轉換為電信號,經音頻放大、檢波後,使耳機發聲。聲音的大小與接收到的反射超聲波的強弱有關,而反射超聲波的強弱與障礙物的距離有關。

探索一下盲人超聲波柺杖的原理和製作

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到現在為止,我們一直在討論超聲柺杖,下面就來看看邏輯門和超聲柺杖有什麼關係。通過分析超聲柺杖的內部電路,讀者會發現,該電路幾乎全部由邏輯門組成,邏輯門幾乎在組成超聲柺杖的每個功能模塊中存在!超聲柺杖的內部電路如圖所示其中包括髮射電路和接收電路兩部分。

使用和分析邏輯門時,真值表是一個強大的工具,從真值表中可以找到該邏輯門所有可能的輸入狀態對應的輸出信號。

探索一下盲人超聲波柺杖的原理和製作

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