引言

    本文介紹了一種名為“盲人交叉路口電子導航器”的新型專利技術(專利號為ZL03237354.6)，與此相關的技術有美國的“超高音速聲音系統(HSS)”。HSS系統的原理和“聲音聚光燈”類似，是把聲波轉換成超聲波信號，試驗者聽到了一個來自100米之外的聲音，非常清晰，但是當他往旁邊挪了幾步之后，就什么也聽不見了。國內的交叉路口導盲器主要采用的是簡單的語音提示方式，即在紅燈時用揚聲器發(fā)出急促的信號，綠燈時發(fā)出緩和的信號。HSS的系統造價昂貴，技術水平高，而且發(fā)射時不穩(wěn)定，會出現斷音的現象。簡單語音提示導盲設備有著明顯的缺點，在大街上聲音很容易被噪音淹沒，提示效果不明顯。本文介紹了一種在一定范圍內發(fā)射/接收低頻語音信號的技術，基于此技術設計出的盲人交叉路口電子導航器能夠通過準確的語音提示幫助盲人安全過馬路。

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圖1  發(fā)射和接收的原理框圖

系統方案與工作原理

設計方案

    該系統的設計分為發(fā)射和接收兩個部分，發(fā)射部分采用兩個語音芯片，分別存儲“綠燈，可以通行！”和“紅燈，禁止通行！”的語音提示信號。利用綠燈的亮滅控制繼電器，選擇語音芯片，并把相應的語音提示信號傳輸給功率放大器進行放大，再發(fā)送到線圈上發(fā)射。在接收部分也利用線圈感應發(fā)射的語音信號，經運放放大之后驅動揚聲器，這樣就可以為盲人過馬路時進行語音提示。由于傳輸到發(fā)射線圈的是低頻信號，所以從發(fā)射線圈激發(fā)出低頻電磁波，而低頻電磁波在傳播過程中容易衰減，因此，接收部分存在一個有效接收范圍，當超出這個有效接收范圍時，接收部分只收到很微弱的信號或接收不到信號，而這個有效接收范圍的大小與發(fā)射部分的發(fā)射功率有關，發(fā)射功率越大，有效接收范圍越大，所以，適當調節(jié)發(fā)射功率的大小，控制好有效接收的范圍，就不會對其它路段造成干擾。

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工作原理

    本設計的核心思想是利用線圈發(fā)射/接收低頻語音信號。其次是監(jiān)控紅綠燈自動轉換導盲器所發(fā)出的語音提示信號。下面結合電路原理圖(見圖1)說明整個設計的工作原理。Audio1與Audio2為語音芯片，分別存儲了“綠燈，可以通行！”與“紅燈，禁止通行！” 語音信號，通過繼電器選擇送入功放模塊進行放大，然后直接送入發(fā)射線圈進行低頻語音信號發(fā)射。接收線圈接收到音頻信號后，利用運放芯片和功放對信號進行放大，驅動揚聲器發(fā)聲。

    在實物的測量和計算上，各部分的參數如表1所示。

參考設計電路

    發(fā)射部分(見圖2)采用兩個語音芯片ISD1420來存儲預設的語音信號，該芯片穩(wěn)定性好，音質清晰，價格比較便宜。功放模塊采用AV8000給發(fā)射線圈L1提供足夠大的發(fā)射功率。

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圖2  發(fā)射部分電路的設計

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圖3接收部分電路設計

    接收部分的電路設計如圖3所示，其中采用TDA2822對接收線圈L2接收到的弱信號進行放大，再經過由9014組成的兩級耦合放大器放大擴流后，給負載提供足夠的功率?？烧{電容C2可以濾掉一些電臺干擾。

    當音頻信號(相當于正弦波)加載到發(fā)射線圈L1上之后， L1在周圍產生磁場，而L1可以看成是全開放的LC振蕩，將電磁波發(fā)射出去(發(fā)射部分的功放模塊推薦采用AV8000)。接收線圈L2和C組成的振蕩電路與空間的電磁波產生共振，有效的接收電磁波。由于低頻率電磁波在空氣中的衰減系數大，所以傳播范圍不遠，利用這點可以避免相鄰路口電磁波產生干擾。

具體實施方案

    本設計在實際應用中相當靈活，只要從綠燈引兩根導線到繼電器控制端，即可控制語音信號的轉換，而發(fā)射線圈的放置也很靈活，可以埋在盲道下方，或者掛在盲道上方，也可以放在側面，只要不對相鄰線圈產生干擾且接收效果比較清晰又不影響交通即可。接收端可帶在使用者身上，由耳機或者揚聲器提供所接收到的語音提示。

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圖4：發(fā)射線圈在盲道上的安排

    發(fā)射線圈的放置如圖4所示，在同一人行道的兩端放置相同信號的發(fā)射線圈，這樣保證了在人行道兩端能夠得到最清晰的語音提示，由于相鄰人行道的發(fā)射線圈信號相反，必須考慮它們之間的干擾，相反信號發(fā)射線圈的距離必須大于接收部分的有效接收范圍。還可以通過調節(jié)發(fā)射功率來控制有效接收范圍。

結語

    盲人過馬路導盲器的設計結構簡單，成本低，容易實施，具有較高性價比。實施過程中應嚴格考慮相鄰線圈之間的干擾，否則將造成嚴重后果。

參考文獻
1 梁燦彬，秦光戎，梁竹健.電磁學[M]. 高等教育出版社.1980
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