探索一下盲人超声波拐杖的原理和制作

盲人拐杖,与传统拐杖的最大不同在于其在外观设计上十分小巧,并且其并不是直接通过拐杖与障碍物的接触来感应物体,而是通过超声波来测量障碍物与使用者之间的距离,并根据距离的不同发出大小不同的声音,障碍物与使用者之间的距离越近,声音越大。这样,盲人就能根据声音的方向和大小判别出障碍物的位置和距离。

探索一下盲人超声波拐杖的原理和制作

超声拐杖可以在旁人毫无觉察的情况下,探测出前方2m处甚至更远范围内的障碍物,帮助盲人“看见”前方的障碍物,是盲人行路的有力助手。超声拐杖其实是一个主动式的超声波探测器,其工作原理类似于蝙蝠。蝙蝠在能在黑暗中快速飞行而不会碰到障碍物,不是因为其视觉好,而是因为其在飞行的过程中向前方发射人类看不见听不到的超声波(相当于超声拐杖的发射装置),超声波遇到障碍物时会被反射回来,蝙蝠通过接收并分析反射回来的超声波(相当于超声拐杖的接收装置),就能“看见”一定距离内的障碍物。超声拐杖的工作过程如图所示。

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超声波是声波大家族中的一员。我们平时说话时的声波就是通过声带的机械振动产生的,声波通过一定的介质向四面八方传播。人们发现,当振动频率大于20kHz时产生的声波在自然环境下人类是听不到和感受不到的,为了区别一般的声波,于是就把频率高于人的听觉上限(约为20kHz)的声波,称为超声波或者超声。超声拐杖的工作原理如图,发射部分中的超音频振荡器产生40kHz超音频振荡信号,被音频信号调制后,通过超声换能器向外发射超声波。接收部分中的超声换能器接收到障碍物反射回来的超声波后,将其转换为电信号,经音频放大、检波后,使耳机发声。声音的大小与接收到的反射超声波的强弱有关,而反射超声波的强弱与障碍物的距离有关。

探索一下盲人超声波拐杖的原理和制作

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到现在为止,我们一直在讨论超声拐杖,下面就来看看逻辑门和超声拐杖有什么关系。通过分析超声拐杖的内部电路,读者会发现,该电路几乎全部由逻辑门组成,逻辑门几乎在组成超声拐杖的每个功能模块中存在!超声拐杖的内部电路如图所示其中包括发射电路和接收电路两部分。

使用和分析逻辑门时,真值表是一个强大的工具,从真值表中可以找到该逻辑门所有可能的输入状态对应的输出信号。

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