CN100391186C

CN100391186C - 基于无线自组网的盲人向导系统

Info

Publication number: CN100391186C
Application number: CNB2005101119358A
Authority: CN
Inventors: 施惠昌; 余馨豪
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: SHANGHAI ZHAOFU ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: CN1794680A

Abstract

本发明涉及一种基于无线自组网的盲人向导系统。它包括多个无线通信的节点，采用无线自组网络路由协议，组成一个无线局域网络，所述的节点设置于盲人活动区的基础服务设施处，受助人持有一个终端机加入该无线局域网络，节点和终端机通过各自的无线收发单元建立无线通信链路，通过无线方式进行数据和信息的交换和传输。本发明的节点可安置于盲人公寓楼内、或扩展安置于盲人活动区的电线杆、商店门口、公共事业部门门口，便于盲人生活。

Description

基于无线自组网的盲人向导系统

技术领域：

本发明涉及帮助盲人走动的工具及信息传输和无线通信领域，具体是一种基于无线自组网的盲人向导系统。

背景技术：

盲人向导系统是一种帮助盲人走动的系统。已有人提出了一些盲人向导系统，如2003年10月22日公布的公告号为1450525的中国专利申请“遥控数字编码音响助盲辨向器”，受助人操作无线电遥控发射器上的分组选择和节拍开关，控制分布放置在受助人生活环境中和常用物品附近的信号接收器单独或按任意组合循环发声，从而实现帮助盲人辨向、定位和寻物的目的；又如2004年1月12日公告的公告号为1561938的中国专利申请“盲人红外智能向导系统”，受助人手持红外收音装置接收红外广播装置的红外数据并转换成语音的向导内容。但这些发明的使用都不太方便，受环境因素限制，需要开发一种更加方便实用的盲人向导系统。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于无线自组网的盲人向导系统，可设置于盲人公寓楼内，使公寓楼内的基础服务设施能自动识别受助者并做出反应，方便盲人的生活。

为达到上述目的，本发明的构思是：采用2.4GHz无线通信模块和无线自组网路由协议，公寓楼内放置的节点可自发地组成一个无线局域网络，受助者手持的终端机也可加入该网络，并于这些节点进行通信。将某些节点与楼内的基础服务设施，如电梯和门连接，可使它们自动感知受助者的到来并做出反应。通过系统内建的定位功能，受助者能够知道此时他(她)本人的精确位置；同样的，电梯等服务设施也能知道受助者的位置，从而在适当的时刻做出反应，避免误操作。

当受助者手持终端机进入该网络的覆盖范围(公寓楼)内时，终端机会收到信标帧，该数据包含关于该网络的网络号、网络容量、同步信息以及时隙分配策略的信息。终端机可以根据信标帧与该网络同步，并在适当的时间发出服务请求。与终端机相邻的节点会发出确认帧，同意终端机加入网络，并会发出路由表更新命令。之后，终端机就能与这些节点直接进行通信。由于每个节点(包括终端机)的通信范围都是有限的(10-70米)，与通信范围外的节点通信必须经过其它节点转发，即多跳的方式。

一般情况下，在终端机通信范围内的节点不止一个。通过计算与这些节点的通信延时可以精确算出与它们的距离，再利用定位算法可以得到终端机此时的相对位置，其精度可在几米以内。

当终端机的通信范围内存在如电梯等服务设施时，它们也会与终端机建立通信，获得它们的当前状态信息。通过定位算法，终端机会获得关于它们的当前位置信息，并在适当的时间发出相关控制命令。比如当终端机知道自己与电梯的距离只有5米时，它会向电梯发出打开电梯门的请求，电梯会返回自己当前的状态，并做出适当的反应。

当受助者在走道中走动时，他(她)会知道当前自己在哪一间房间门口，而不至于走错房间。此外，受助者可以知道前面的楼梯台阶、斜坡等障碍物的信息，从而避开障碍物。

还可以在终端机上集成医疗监护功能，当受助者有身体不适时，按下求救功能键可以发出求救信号，该信号会被迅速传至有关人员处，受助者会接受及时的救治。

本发明可被扩展至室外，在电线杆上、商店门口和公共事业服务部门门口安放节点可以极大方便盲人的日常生活，增强他(她)们独立生活的能力。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于无线自组网的盲人向导系统，包括多个无线通信的节点，采用无线自组网络路由协议，组成一个无线局域网络，其特征在于所述的节点设置于受助人活动区的基础服务设施处，受助人持有一个终端机加入该无线局域网络，节点和终端机通过各自的无线收发单元建立无线通信链路，通过无线方式进行数据和信息的交换和传输；所述的节点由无线收发单元、微处理器、语音编码单元、电源和存储单元组成；无线收发单元与微处理器的I/O口连接，由微处理器控制其工作，微处理器还连接语音编码单元、存储单元，电源为各电路单元提供工作电源；当无线收发单元接收到数据时，它首先会对数据作校验和审核，然后会将数据通过I/O口传送给微处理器，微处理器对数据作一系列的处理和分析，当微处理器有数据要发送时，它将数据传送给无线收发单元，并将数据从天线发送出去。

上述的微处理器还连接一个外围设备接口，外围设备通过此外围设备接口与节点连接，从而扩展系统功能，使其不仅仅是一个向导系统，更是一个智能服务系统。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明采用无线自组网构成盲人向导系统，通过系统内建的功能，受助者能够知道当时本人的精确位置，同时基础服务设施也能“知道”受助者的位置，从而在适当的时刻做出盲人所需的服务反应，方便盲人的生活。盲人所持的终端机的通信范围有限，一般为10~70米，但在无线自组网域内，能采用多跳的方式，与其通信范围外的各节点转发通信，这是已有的技术“助盲辨向器”和“盲人红外向导系统”达不到的。本发明通过微处理器的计算，可精确算出终端机的相对位置，其精确度在几米以内，便于控制基础服务设施及时做出反应，引导或服务于盲人。本发明可安置于公寓楼内，构成一个局域网，也可扩展至室外，如电线杆、商店门口、公共事业服务部门门口安放节点，极大方便盲人日常生活。

附图说明：

图1为无线自组网结构示意图

图2为本系统的结构示意图

图3为节点的原理图

图4为终端机的外形示意图

图5为终端机的原理图

具体实施方式：

本发明的一个优选实施例子结合附图详述如下：

如图1所示，安放在公寓楼内的节点以无线方式构成一个局域网。每个节点的通信范围都只有10米左右。因此要与在通信范围外的节点通信必须通过其它中间节点转发数据(其作用相当于一个路由器)。

由于本系统基于无线自组网，因此具有自修复能力。当网络中的某个节点失效或损坏时，节点能自动找到新的路由路径，重新建立连接。

每个节点都会监听信道的状况，当其听到有终端机发出的请求时，会及时回应。一个终端机能同时与多个节点建立连接，同样地，一个节点也可以同时与多个终端机建立连接。

如图2所示，本发明包括安放在公寓楼内各处的节点1以及受助者手持的终端机2。节点1和终端机2通过各自的无线收发单元建立无线通信链路，通过无线方式进行数据和信息的交换和传输，一个终端机可以按时隙分配策略和多个节点通信，一个节点也可以按时隙分配策略和多个终端机通信。

当受助者走动时，他(她)手持的终端机会与在自己通信范围内的节点建立连接。它可以接收到节点发送过来的距离信息，从而可以判断自己的位置。它还可以接收到节点发送过来的服务设施信息，从而根据需要发出控制命令。

由于采用贴片封装的集成电路芯片，每个节点的大小将只有120mmX100mmX25mm左右，可以被嵌入墙体内，天线也被内置于墙体内，外形简洁美观。

如图3所示，节点1包括：无线收发单元101、微处理器102、与其它外部设施的接口103、语音编码单元104、电源105以及存储单元106。无线收发单元101与微处理器102的I/O口连接，由微处理器102控制其工作。其它外部设施通过接口103与节点1相连，它可以采用RS232、RS485或I²C总线标准。当无线收发单元101接收到数据时，它首先会对数据作校验和审核，然后会将数据通过I/O口传送给微处理器102。微处理器会对数据作一系列的处理和分析。当微处理器有数据要发送时，它将数据传送给收发单元101，并将数据从天线发送出去。

当节点与其它外围设施连接时，外围设施通过接口103与微处理器102相连，微处理器102可以从外围设施读取状态值，也可以向外围设施发送控制指令。通过对外围设施的控制，可以扩展系统功能，使其不仅仅是一个向导系统，更是一个智能服务系统，能够极大地方便盲人的生活。

语音编解码单元104用于对模拟语音信号编码，可以实时传输语音信号。语音编解码单元104与微处理器102相连，由微处理器102控制其工作。

节点电源105使用2节5号电池。电源105与无线收发单元101、微处理器102和语音编码单元104连接，为它们提供电源。由于在数据链路层采用了节能机制，可以保证电池长期不用更换。

存储单元106用作微处理器102的外部数据存储器。

如图4所示，终端机2的正面上部的2个按键分别是电源开关键209和报警键210。下部的6个键是功能键211。电源开关键控制终端机的开启和关闭。报警键用于受助者在紧急情况下求救使用。功能键用于对系统发出简单的控制指令时使用。终端机外形小巧，只有普通手机大小，且面板上按键数目不多，便于盲人使用。

耳机207用于收听语音信息，音量调节开关212可调节音量。

如图5所示，终端机包括：微处理器202、无线收发单元201、按键203、语音解码单元204和电源205、放大器206、耳机207和天线208。无线收发单元201与微处理器202的I/O口连接，由微处理器202控制其工作，语音解码单元204。无线收发单元201与微处理器202的I/O口连接，由微处理器202控制其工作。当无线收发单元201接收到数据时，它首先会对数据作校验和审核，然后会将数据通过I/O口传送给微处理器202。微处理器202会对数据作一系列的处理和分析。当微处理器202有数据要发送时，它将数据传送给收发单元201，并将数据从天线203发送出去。本系统采用的天线发射功率仅0.5毫瓦，符合环保标准，对人体不会有任何不良影响。而传输信号采用直序列扩频技术，具有一定的抗干扰性，可以保证通信质量。

通过按键203，可以发出控制命令，根据设施的不同，命令的含义会略有不同。

语音编解码单元204用于对数字语音信号解码，输出信号经放大器206放大后送到耳机207。语音编解码单元204和微处理器202连接，由微处理器202控制其工作。

终端机的电源205采用锂电池，可反复充电多次使用。电源205与无线收发单元201、微处理器202和语音解码单元204连接，为它们提供电源。

本系统使用的元器件都可以从市场上买到。微处理器采用的是飞利浦、Atmel或德州仪器的8位单片机。收发单元使用Chipcom的CC2420。语音编解码单元可以使用美国国家半导体或德州仪器的语音编解码芯片。每个节点的成本大致在120元左右，终端机的成本在150元左右。若大批量生产，成本可进一步降低。

Claims

1.一种基于无线自组网的盲人向导系统，包括多个无线通信的节点(1)，采用无线自组网络路由协议，组成一个无线局域网络，其特征在于所述的节点(1)设置于受助人活动区的基础服务设施处，受助人持有一个终端机(2)加入该无线局域网络，节点(1)和终端机(2)通过各自的无线收发单元建立无线通信链路，通过无线方式进行数据和信息的交换和传输；所述的节点(1)由无线收发单元(101)、微处理器(102)、语音编码单元(104)、电源(105)和存储单元(106)组成；无线收发单元(101)与微处理器(102)的I/O口连接，由微处理器(102)控制其工作，微处理器(102)还连接语音编码单元(104)、存储单元(106)，电源(105)为各电路单元提供工作电源；当无线收发单元(101)接收到数据时，它首先会对数据作校验和审核，然后会将数据通过I/0口传送给微处理器(102)，微处理器(102)对数据作一系列的处理和分析，当微处理器(102)有数据要发送时，它将数据传送给无线收发单元(101)，并将数据从天线发送出去。

2.根据权利要求1所述的基于无线自组网的盲人向导系统，其特征在于所述的微处理器(102)还连接一个外围设备接口(103)，外围设备通过此外围设备接口(103)与节点(1)连接，从而扩展系统功能，使其不仅仅是一个向导系统，更是一个智能服务系统。