使人感知方向的電子腿箍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使人感知方向的電子腿箍，是具有指南針功能的智能穿戴設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]人本身不具備方向感官，在陌生環(huán)境無陽光的情況下，可通過指南針識(shí)別方向，健全人可通過眼睛觀看指南針，盲人可通過手觸摸指南針識(shí)別方向。健全人野外旅行，或駕駛車、船、飛機(jī)等進(jìn)入地形復(fù)雜地區(qū)，以及盲人走入陌生地方時(shí)，如果不利用指南針對(duì)方向進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，很有可能發(fā)生不同程度的迷路。但每時(shí)每刻使用傳統(tǒng)的指南針，會(huì)讓人覺得費(fèi)事。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有的指南針產(chǎn)品的不足，本發(fā)明是一種使人感知方向的電子腿箍，是具有指南針功能的智能穿戴設(shè)備，通過電脈沖或機(jī)械振動(dòng)傳遞方向信息，穿戴于人小腿部，當(dāng)小腿的方向改變時(shí)，電子腿箍?jī)?nèi)相應(yīng)位置的作用元件可振動(dòng)或釋放低頻電脈沖，使穿戴者感知方向。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:這是一種使人感知方向的電子腿箍，通過電脈沖或機(jī)械振動(dòng)傳遞方向信息，穿戴于小腿部，由電源電路、方向傳感器電路、智能邏輯電路、模擬開關(guān)電路和分布于腿箍的多個(gè)作用元件構(gòu)成。在腿箍的內(nèi)側(cè)，貼近皮膚均勻分布于有16組作用元件，對(duì)應(yīng)人周圍的不同方位，作用元件可為電磁振動(dòng)元件或成對(duì)的電極，當(dāng)小腿的方向改變時(shí)，電子腿箍?jī)?nèi)的磁傳感器和加速度傳感器可檢測(cè)磁力線方向?qū)?yīng)于腿部的角度變化，由單片機(jī)控制北方向?qū)?yīng)方位的作用元件啟動(dòng)振動(dòng)或釋放低頻電脈沖，使腿部相應(yīng)位置皮膚的觸覺神經(jīng)感覺到刺激，并將刺激傳輸至大腦，從而使穿戴者實(shí)時(shí)感知方向的變化。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:盲人可以使用此設(shè)備輔助日常出行，實(shí)時(shí)感知方向，增進(jìn)出行安全。健全人可以在野外郊游、駕駛車、船、飛機(jī)時(shí)使用此設(shè)備，實(shí)時(shí)感知方向變化，減少迷路，并且方向的感知不需要手和眼睛的參與，使用方便。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0007]圖1是電子腿箍穿戴位置示意圖。
[0008]圖2是電子腿箍另一種穿戴位置示意圖。
[0009]圖3是電子腿箍外觀圖。
[0010]圖4是電極元件外觀圖。
[0011]圖5是電磁振動(dòng)元件側(cè)視圖。
[0012]圖6是傳感器芯片安裝方向示意圖
[0013]圖7是電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖8是單片機(jī)主程序流程框圖
[0015]圖9是單片機(jī)矩形波子程序流程框圖
[0016]圖中，1-小腿，2-電子腿箍，3-機(jī)殼，4-外層皮帶，5-內(nèi)層皮帶，6_作用元件，7_電極信號(hào)線，8-電極地線，9-電磁線圈，10-磁鐵，11-彈性條，12-磁傳感器芯片，13-加速度傳感器芯片，14-電源電路，15-方向傳感器電路，16-智能邏輯電路，17-模擬開關(guān)電路，18-模擬開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，電子腿箍2可穿戴于小腿I下方腳踝位置。如圖2所示，電子腿箍2也可穿戴于小腿I上方靠近膝蓋位置。由于人在行走、駕駛車船等時(shí)候，小腿相對(duì)比較接近垂直于地面，所以當(dāng)電子指南針固定于小腿的位置，比較容易探測(cè)到相對(duì)準(zhǔn)確的方向。
[0018]圖3是電子腿箍外觀圖，主要電路集中在機(jī)殼3中，腿箍皮帶由兩層構(gòu)成，內(nèi)層皮帶5帖近小腿皮膚，由伸縮幅度大的彈性材料構(gòu)成，其功能是使位于皮帶內(nèi)側(cè)的作用元件6均勻分布。作用元件6通過皮帶內(nèi)部的導(dǎo)線與機(jī)殼中的控制電路相連。作用元件6是成對(duì)的電極或電磁振動(dòng)元件，共16組，均勻分布于內(nèi)層皮帶5內(nèi)側(cè)。外層皮帶4采用伸縮幅度小的材料，可調(diào)節(jié)穿戴長(zhǎng)度，其功能是將整個(gè)設(shè)備固定于腿部。
[0019]圖4是電極外觀圖，圖中內(nèi)部圓形金屬是電極信號(hào)線7，外環(huán)金屬是電極地線8。當(dāng)矩形波脈沖電壓作用于電極信號(hào)線7和電極地線8之間，皮膚觸覺神經(jīng)可以感覺到微小的交流電流。
[0020]圖5是電磁振動(dòng)元件側(cè)視圖，由電磁線圈9、磁鐵10構(gòu)成，磁鐵固定在下方的彈性條11上，當(dāng)矩形波脈沖電流通過電磁線圈9，磁鐵10上下振動(dòng)。
[0021]圖6是傳感器芯片安裝方向示意圖，磁傳感器芯片12和加速度傳感器芯片13置于機(jī)殼3中，分別感應(yīng)三維方向的磁力和加速力，并將數(shù)據(jù)傳送至智能邏輯電路中的單片機(jī)，從而計(jì)算磁力線相對(duì)于傳感器的角度。機(jī)殼3是平貼在小腿上的，當(dāng)人站立，小腿垂直于地面時(shí)，機(jī)殼3中的兩種傳感器的Z軸接近平行于水平面。兩種傳感器芯片的X軸平行于腿箍皮帶方向，于是當(dāng)人站立小腿垂直于地面時(shí)，機(jī)殼3中的兩種傳感器的X軸接近平行于水平面，同時(shí)兩種傳感器的Y軸則接近垂直于水平面。此時(shí)加速度傳感器數(shù)值為lg，方向接近沿Y軸向下。當(dāng)人行走、騎車、登山、駕車等時(shí)，小腿的姿勢(shì)會(huì)經(jīng)常改變，于是兩傳感器的讀數(shù)也會(huì)相應(yīng)改變。當(dāng)從加速度傳感器測(cè)得的加速力接近于Ig在0.98g到1.02g之間，并且受力方向與所測(cè)得磁力方向接近垂直時(shí)夾角在88度到92度之間，可認(rèn)為傳感器靜止或者勻速，加速力方向即為地球引力方向，與此方向垂直的平面即為水平面，于是以經(jīng)過磁傳感器芯片三坐標(biāo)軸原點(diǎn)的水平面與Z軸X軸所在平面的交線為軸，將Z軸旋轉(zhuǎn)至此水平面，利用單片機(jī)計(jì)算從此軸起順時(shí)針方向到向北的磁力線為止的夾角值，作為磁力線相對(duì)于傳感器的角度。當(dāng)從加速度傳感器測(cè)得的加速力與Ig差別較大超過0.98g至1.02g之間范圍，或者加速力方向與所測(cè)得磁力方向不垂直時(shí)角度超出88度至92度之間范圍，說明此時(shí)傳感器正在出游加速運(yùn)動(dòng)中，則忽略測(cè)量結(jié)果。在人每天的活動(dòng)過程中，小腿在多數(shù)時(shí)間是接近靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的，于是通過對(duì)兩種傳感器測(cè)量值的綜合計(jì)算，都可以得到較為準(zhǔn)確的磁力線相對(duì)角度數(shù)據(jù)。也就是說人在站立、行走、登山、駕車等過程中，都可以穿戴這種電子腿箍，探測(cè)到準(zhǔn)確方向。
[0022]圖7是電路結(jié)構(gòu)示意圖。電路包括多個(gè)部分:電源電路14、方向傳感器電路15、智能邏輯電路16、模擬開關(guān)電路17和分布于腿箍皮帶的多組作用元件6。電源電路14由電池和升壓芯片構(gòu)成，電池為3v，一路為方向傳感器電路供電，一路為智能邏輯電路供電；第三路分兩種情況，當(dāng)作用元件是成對(duì)的電極，則可使用芯片如AH812升壓到12v，經(jīng)可調(diào)電阻后作為模擬開關(guān)電路的信號(hào)輸入端，當(dāng)作用元件是電磁振動(dòng)元件，則不需要升壓，電池電壓經(jīng)可調(diào)電阻后作為模擬開關(guān)電路的信號(hào)輸入端?？烧{(diào)電阻的作用是調(diào)節(jié)最終施加在作用元件的電壓，由于不同人對(duì)電流或振動(dòng)的知覺能力都有不同，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻而得到穿戴者感覺舒適的幅度。方向傳感器電路15中包含磁傳感器芯片和加速度傳感器芯片，磁傳感器芯片可使用HMC5883L，加速度傳感器芯片可使用MMA7631。兩傳感器分別感應(yīng)三維方向的磁力和加速力，并將數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳送至智能控制電路中的單片機(jī)，從而計(jì)算磁力線相對(duì)于傳感器的角度。智能邏輯電路16由單片機(jī)構(gòu)成，可選擇51系列，其功能是讀取兩種傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算磁力線角度，并按照角度選擇對(duì)應(yīng)的模擬開關(guān)，輸出矩形波脈沖。模擬開關(guān)電路17由模擬開關(guān)集成電路構(gòu)成，可選擇含地址編碼的模擬開關(guān)芯片，如CD4067，其輸出端通過導(dǎo)線連接位于內(nèi)層皮帶的多組作用元件，當(dāng)其中任一模擬開關(guān)18的控制端收到從單片機(jī)發(fā)來的矩形波脈沖，由于其輸入端連接高電平，其輸出端會(huì)輸出的矩形波脈沖。作用元件6有16組，可使用成對(duì)的電極或電磁振動(dòng)元件，機(jī)殼下方的作用元件對(duì)應(yīng)端口 O號(hào)，按順指針方向作用元件端口依次為I號(hào)、2號(hào)、3號(hào)等，直到15號(hào)。當(dāng)其中任一組作用元件收到模擬開關(guān)輸出的矩形波脈沖，則會(huì)對(duì)腿部皮膚相應(yīng)位置通過交流電流或者振動(dòng)進(jìn)行刺激，使穿戴者根據(jù)刺激的位置感知方向。
[0023]圖8是單片機(jī)主程序流程框圖，步驟101系統(tǒng)先初始化，步驟102和步驟103，變量TO為上一次觸發(fā)的時(shí)間，N為上一次觸發(fā)的端口，在開機(jī)后第一次觸發(fā)之前，先將TO置為當(dāng)前時(shí)間-5分鐘，N置為-1。進(jìn)入檢測(cè)傳感器環(huán)節(jié)，步驟104，先延遲3秒，步驟105，再根據(jù)磁傳感器和加速度傳感器的檢測(cè)值計(jì)算磁力線相對(duì)于磁傳感器的角度C，其值在O至360度之間。步驟106，讀當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間T。步驟107，如果T與TO時(shí)間差距>5分鐘或C與N*22.5角度差距大于16度時(shí)則繼續(xù)下一步的矩形波觸發(fā)環(huán)節(jié)，否則重復(fù)檢測(cè)傳感器環(huán)節(jié)。也就是當(dāng)磁力線相對(duì)角度發(fā)生一定量的變化，對(duì)應(yīng)作用元件端口號(hào)發(fā)生改變時(shí)，即觸發(fā)新的作用元件，如果對(duì)應(yīng)的作用元件端口號(hào)沒有變化，時(shí)間每過5分鐘，也觸發(fā)作用元件，使穿戴者每5分鐘，感覺一下方向刺激。夾角差距大于16度才換新的端口，而不是11.25度，是為了防止夾角在兩端口角度范圍交界附近時(shí)端口反復(fù)變化。接下來是矩形波出發(fā)環(huán)節(jié)，步驟108，先設(shè)置端口編號(hào)N = C+11.25整除22.5，如果等于16則設(shè)N = O。然后步驟109，設(shè)置TO = T，并進(jìn)入循環(huán)，步驟110、步驟111、步驟112、步驟113，調(diào)用矩形波子程序，每次間隔0.5秒，重復(fù)4次，使腿部相應(yīng)位置神經(jīng)感知到4次電脈沖刺激或振動(dòng)刺激。之后程序返回到檢測(cè)傳感器環(huán)節(jié)，如此往復(fù)。
[0024]圖9是單片機(jī)矩形波子程序流程框圖，是每次矩形波信號(hào)的觸發(fā)流程。從步驟114開始進(jìn)入子程序，步驟115先對(duì)計(jì)數(shù)清零，進(jìn)入循環(huán)，步驟116對(duì)指定端口輸出高電平，步驟117延時(shí)0.005秒，步驟118再置低電平，步驟119延時(shí)0.005秒，步驟120重復(fù)25次，步驟121退出子程序，即100赫茲的矩形波振蕩持續(xù)0.25秒。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種使人感知方向的電子腿箍，穿戴于小腿部位，由電源電路、方向傳感器電路、智能邏輯電路、模擬開關(guān)電路和分布于腿箍的多組作用元件構(gòu)成，其特征是:在腿箍的內(nèi)側(cè)，貼近皮膚均勻分布有多組作用元件，對(duì)應(yīng)人周圍的不同方位，作用元件可為電磁振動(dòng)元件或成對(duì)的電極，當(dāng)小腿的方向改變時(shí)，由電子裝置控制北方向?qū)?yīng)方位的作用元件啟動(dòng)振動(dòng)或釋放低頻電脈沖，使腿部相應(yīng)位置皮膚的觸覺神經(jīng)感覺到刺激，并將刺激傳輸至大腦，使穿戴者感知向北的方向。
【專利摘要】本發(fā)明是一種使人感知方向的電子腿箍，是具有指南針功能的智能穿戴設(shè)備，穿戴于小腿部，由電源電路、方向傳感器電路、智能邏輯電路、模擬開關(guān)電路和分布于腿箍的多個(gè)作用元件構(gòu)成，在腿箍的內(nèi)側(cè)，貼近皮膚均勻分布于有多組作用元件，當(dāng)小腿的方向改變時(shí)，由電子裝置控制北方向?qū)?yīng)方位的作用元件啟動(dòng)振動(dòng)或釋放低頻電脈沖，使腿部相應(yīng)位置皮膚的觸覺神經(jīng)感覺到刺激，并將刺激傳輸至大腦，從而使穿戴者感知向北的方向。
【IPC分類】G01C17-00, A61H3-06
【公開號(hào)】CN104706508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410834670
【發(fā)明人】陳漢翔
【申請(qǐng)人】陳漢翔
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日