邱晓江 脚动充电导盲鞋申请书

序号： 编码： 第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛华南农业大学选拔赛作品申报书 作品名称： 脚动充电导盲鞋 所在学院： 工程学院 申报者姓名 （集体名称）： 邱晓江 林鸿海 钟森明 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类 A2申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写； 2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列； 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名邱晓江性别男出生年月1986.05.29学院工程学院系别、专业、年级07电气工程及其自动化学历本科学制四年入学时间2007.09作品名称脚动充电器导盲鞋毕业论文题目暂未毕业通讯地址华南农业大学华山区13305邮政编码510642办公电话常住地通讯地址华南农业大学邮政编 码 510642住宅电话020-8734423913560224680其他作者情况姓 名性别年龄 学历所在单位林鸿海男21本科华南农业大学钟森明男21本科华南农业大学资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注 册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （学院盖章）2008年12 月12 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否负责人签名：梁相华2008年12 月12 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写； 2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结 构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称作品分类（ A）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标 本作品主要分为两部分：脚动充电器和导盲器。 设计和发明主要目的：为盲人提供导向作用。基本思路：1.充电器模型利用踏地的时候，对鞋底的挤压使机械能转化为电能，储存于充电器，为导盲器提供电源。2. 导盲器设计是在鞋底上安装电子装置，用超声波传感器精确测量鞋底前掌 中心与地面的距离，将距离转换为时间，再将时间转换为电压，又由压控振荡产 生声频震荡，其频率与距离相关。再经过无线电波传到盲人头上的电子装置，驱 动耳机。两只鞋共用一个信号道，因为走路两脚不能同时离地，左/右只有一路工作。3.导盲器的运作情况分为：（1）当在平地走路时，盲人抬起的脚一般离地小于10cm，导盲器不发出任 何声音；（2）当遇到可越过的小坑（深度小于20cm）或下楼梯时，导盲器就会发出 “下”的提示音；（3）当遇到可越过的凸起障碍物（高度小于15cm）或上楼梯时，导盲器会 发出“上”的提示音；（4）当遇到不可越过的较大且较深的坑（深度大于20cm）时，导盲器发出 “危险”的警戒声；（5）当遇到高大的墙、栏杆或其它不可越过的障碍物时，导盲器就会发出 “ 退回”的提示音。 创新点：1、充电器利用脚动将机械能转为电能 2、用超声波传感器测距离较准确 3、距离的测量最终以声频高低变化形式描述出来 4、使用无线电将声频传送给耳机，给盲人以提示作用技术关键：脚动充电器：1.脚落地时踏鞋底，压缩鞋底内的液囊，使其向水平方向变形带动 齿轮转动，从而使线圈旋转切割磁感线将机械能转化为电能；2.将发出的电能 储存在电池上；3.提高发电的功率、效率；4.为导盲器提供电源的电路设计。导盲器：1.距离时间电压音调的转换，即在同样的距离范围内，输出的音调几乎一样且要高精准； 2、无线电的收发装置，要求高稳定性、高抗干扰性；3、导盲器的运作情况不同时，要求单片机严格控制：（1）平地时单片 机输出的频率不用来发生声调；（2）上下楼梯时频率是有规律变化的，即产生的音调是有规律的，分别产生“上”和“下”的音调；（3）遇到较大且较深的坑时，要求单片机能够迅速地发出尖锐的警戒声且连续的提高声调，这时无线电装置也要对数据处理快且精切；（4）遇到不可越过的障碍物时，无线电传输给耳机的是另一频率的音调，用以提示盲人不能再往前走，往原来的方向退回。技术指标：脚动充电器：1.发电器的功率为1.2W；2.储能电池输出电压9V； 3.稳压器输出电压稳定。导盲器：1.时序信号的产生；2.发射驱动电路；3.接收放大电路；4.检波放大电路；5.距离-脉宽-数字转换电路；6.数字-电压-音调转换电路作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）一.先进性：脚动充电导盲鞋与现有的一般导盲器相比较，有以下一些优点： 1.人行走的时候自动为导盲器充电，这样不会因为电源的耗尽而使导盲器停止运作，为盲人提供更可靠的安全保障。2.导盲器安装在鞋底上，方便，利于导盲行走，且不易受到损坏。穿上鞋后就可以像正常人那样行走。与现有的技术相比，该技术具有突出的实质性特点和显著进步。现有的导盲器械 ，如导盲犬.导盲杖等，随时都有可能因为电量不足而停止运作，让盲人失去安全导向 ；而且传统的导盲器都是跟在自己身旁的器械，要占用许多空间，还要利 用一只手去控制，并且容易被路人或其他物品碰坏，安全系数不高，而脚动充电 导盲鞋把这些缺陷都弥补了。拓展性：1. 加多一个GPS定位系统，跟鞋子的导盲器相关联，可以随时定位盲人的位置。2. 把鞋底和压缩气囊做成凹凸的形状，用来为脚底按摩。二.技术性分析：1.脚动充电器的最高充电功率可达到1.2W，这样的充电装置能够给导盲器提足够且稳定的电压。2.用超声波传感器精确测量鞋底前掌中心与地面的距离，将距离转换为时间， 再将时间转换为电压，又压控振荡器产生声频震荡，其频率与距离相关。再经过 无线电波传到盲人头上的电子装置，驱动耳机。在同样的距离范围内，最后输出的音调在一定范围内也一样，结果是起到同一提示。3. 导盲器的运作情况不同时，要求单片机严格控制：（1）平地时单片机输出的频率不用来发生声调；（2）下楼梯或过小坑时频率是有规律变化的，且前方无阻挡物可发出“下”的提示音调；（3）上楼梯或跨小障碍物时频率也是有规律的，但是前方无阻挡物导盲器发出“上”的提示音调；（4）遇到较大且较深的坑时，要求单片机能够迅速地发出尖锐的警戒声且连续的提高声调，这时无线电装置也要对数据处理快且精切；（5）遇到不可越过的障碍物时，无线电传输给耳机的是另一频率的音调，用以提示盲人不能再往前走，往原来的方向退回。 参考文献：1 陈美銮,尹浩,黎飘,董博然. 智能盲人导行仪的设计与实现J. 电子技术应用, 2006,(10) . 2 薛晟杰. 电子导盲仪J. 青少年科学探索, 2003,(05) . 3 季烨剑. 盲文书写器J. 科学启蒙, 2007,(02) .4 曾婧婧,杨平,徐春梅,蒋式勤,彭道刚. 机器导盲犬的设计与实现J. 机电一体化, 5 张臻,于海勋,刘芳. 基于人机交互的红外探测式智能导盲装置设计J.现代生物医学进展6把你的手机变成导盲犬J. 电脑爱好者, 2006,(03) .7 刘鑫. 导盲机器人J. 早期教育, 1998,(12) .作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围、推广前景的技术性说明、市场分析和经济效益预测先搞好理论模型设计，制作实验板验证原理；再用小型化元器件实际安装示 范样品试用，确认市场需求；再模块化或做成专用电路实现量产。市场分析和经济效益预测：据世界卫生组织统计，全球共有1.9亿视力残疾人，其中盲人有3000多万人。中国现有盲人877万人，约占世界盲人总数的1/4，还呈现逐年上升的趋势。由此 可以看出，社会对于可起导盲作用的辅助设备需求量还是很大的。目前，市场比较缺乏导盲器械的成品，而且现有的都只是一些导盲犬 、导盲 杖、高端导盲产品之类的导盲器械。在国外虽然导盲犬的使用有一定的普及，但 是受到导盲犬训练成本高、困难大的限制，难于受到广大盲人的欢迎，而在中国 则是一种空白。更为高级的语音导盲终端的主要开发思路是利用GPS定向技术、 语音合成技术、嵌入式控制技术等多种技术手段帮助盲人完成出行、乘车等目标。其中大部分还处于原型研制阶段，而且终端价格比较昂贵，甚至要几万元，难于 推广。该导盲鞋价格便宜，投资少，可扩展性强；设计人性化、功能多样化； 技术成熟、运行稳定；使用时不必占用盲人太多空间。 展望性：在普通鞋子上装上脚动充电器与导盲装置，可以随时为盲人服务， 其功能还可以变得更强大。在鞋底装上GPS可以帮助盲人的家属随时能够知道其 人的确切方位。在鞋侧装上一个红外探测仪，还可以探明前方的具体情况，为盲 人自由行走带来更大的方便。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。 目前的小型充电器都主要是运用太阳能来充电和手动式的充电器，这些利用起来特别不 方便，如在阴天的时候，太阳能充电器不能够充电；而手动式的就更不用说有多麻烦。而该 作品利用走路的时候脚动式的自动充电器，还有一定的智能化，科学性大大提高了。 安装在鞋底的导盲器目前还没有这方面的研究，具有新颖性。 在国内目前主要致力于训练导盲犬，还有相对高端的盲人交叉路口电子导盲器，音阶语 言导盲仪等，但这些都还处于雏形阶段。而国外主要有以下这些导盲系统的研究：1、韩国汉城国名大学研究小组开发成功为盲人识别方向的无线电导盲系统2、日本铁道综合技术研究所也研制成利用无线电波为盲人提供电车车站所在地等信息3、比利时研制出一种可供盲人使用的电子眼镜，可以帮助盲人用耳朵“看到周围的障碍 物” 4、美国也研制出一种导盲眼镜，它可以把射入的光线放大100倍，让有一定视力的盲人可以看见障碍物。5、美国密歇根大学自动化运动工程实验室的科技人员研制出一种供盲人使用的手杖，该装置由两个轮子、超声波探测器和微型芯片组成，重4公斤。6、英国诺丁汉大学的“PAL”系统。该系统由PIII便携式PC、GPS接受器、 RDS广播数据接收器和电子罗盘组成，综合GPS、RDS和罗盘的数据，通过语音指导盲人进行。目前该产品实验效果较好，但产品体积较大、终端价格比较昂贵，难于推广。7、芬兰技术研究中心（VTT）的“Noppa”系统将手机、互联网、 全球定位系统以及语音技术整合在一起，形成一套完整的系统。 盲人能根据手机的语音提示，自如地在街上行走，并安全地使用公交系统。 与PAL系统相比Noppa增加了语音交互功能和互联网功能，使得系统功能大大加强， 但产品更加昂贵，终端成本高达数千美元。所以本作品具有前沿性、实效性、展望性，值得去研究。 D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品