CN102499862B - 一种智能导盲救助系统 - Google Patents

Abstract

一种智能导盲救助系统，它是由导盲衣、导盲杖、上位机三部分组成，其之间的关系是导盲衣和导盲杖共同实现避障功能，导盲杖主要探测前下方，导盲衣探测前后左右和前上方，同时导盲杖还有发送位置信息和用户情况的功能，导盲杖上有多个按钮对应摔倒、迷路、犯病等情况信息。导盲衣穿在身上，导盲杖拿在手里，两者并不连接。当发生情况时，用户按导盲杖上不同的按钮，上位机接收导盲杖发送来的定位信息和情况信息，告知救助人员、家人和最近的医院，进行救助。本发明结构新颖，功能齐全，使用方便，能更好地为老年人和残疾人社区以及有视力障碍人群提供智能服务。

Description

一种智能导盲救助系统

(一)技术领域：

本发明涉及一种智能导盲救助系统，它能为广大有视力障碍人群提供智能服务，属于电子信息工程技术领域。

(二)背景技术：

当前的导盲工具有多种，但功能单一，比如说有红外导盲、超声导盲等等，但都仅限于导盲，不具有救助、定位等功能，这在一定程度上给盲人造成了不便和不安全因素。红外或超声导盲仪使用的是小型红外传感器，其最大的缺点是它的检测距离过近，且产品都只有振动电机或语音双提示其中的一种提示，功能不全，使用不便。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一个智能导盲救助系统，它克服了现有技术的不足，能更好的为老年人和残疾人社区以及有视力障碍人群提供智能服务。

2、技术方案：

本发明一种智能导盲救助系统，它是由导盲衣、导盲杖、上位机三部分组成，其之间的关系是导盲衣和导盲杖共同实现避障功能，导盲杖主要探测前下方，导盲衣探测前后左右和前上方，同时导盲杖还有发送位置信息和用户情况的功能，导盲杖上有多个按钮对应摔倒、迷路、犯病等情况信息。导盲衣穿在身上，导盲杖拿在手里，两者并不连接。当发生情况时，用户按导盲杖上不同的按钮，上位机接收导盲杖发送来的定位信息和情况信息，告知救助人员、家人和最近的医院，进行救助。

所述导盲衣是由衣本体及放在其内的控制电路组成，该衣本体是依照人体制作的马夹状上衣，是采用100％针织低弹丝面料制作，便于洗涤，牢固耐用；其上的反光带即高亮反光PVC晶格带采用高亮反光化纤布制作，衣本体的颜色采用警示色，以达到警示路人与车辆的目的。该控制电路是由输入部分之传感器(红外传感器和超声传感器)、调压电路，、数字信号处理电路，和输出电路组成，其之间的关系是：当输入部分之传感器即红外和超声传感器探测到附近有障碍物时，会输出数字信号，数字信号经过数字信号处理电路处理，信号传递过来控制输出电路通断。

该输入部分之传感器是红外传感器和超声传感器，其中红外传感器为四个，分别位于前后左右，超声传感器一个，位于前方。红外传感器使用博光50-NK。具体参数为：电气特性：U：5VDC，I：100mA，外形尺寸：长：30MM，宽：20MM，厚：13MM；引线长度：45CM。在正常工作状态下，遇到障碍物红外传感器输出端输出低电平，平时输出5V的高电平。使用时功率大约为0.5W。四个红外传感器的总功率为：P＝4×0.5W＝2W超声传感器的型号是：TCT40-16T3

该调压电路是由一个LM317芯片、四个定值电阻和两个定制电容组成，彼此相互连接。LM317芯片形状为方形，电阻为普通碳膜电阻，外形为圆柱形，电容为瓷片电容，外形为圆片状；利用LM317的直流电压变压功能，使用电阻组成电路来将由电池直接发出的6V电压转化为1.5V的工作电压以驱动振动电机和蜂鸣器的工作。由于Vout＝1.25V(1+R2/R1)＝1.5V，在实际使用中，取R1＝1200Ω，R3＝1000Ω，R2＝500Ω，0.5W  R4＝500Ω0.5W，C1＝1μf，C2＝1μf。

该数字信号处理电路是由光耦和反向芯片74LS14组成，其之间的关系是反向芯片74LS14与光耦直接连接；由于红外传感器在遇到障碍物时实际发送出的信号是低电平，所以在电路中使用芯片74LS14对从红外传感器发送来的电平信号进行反向。74LS14芯片使用的是5V的工作电压，于是直接使用了6V的电源对其供电，也能使芯片正常工作。在经74LS14处理后发出是数字电平信号，功率较小(大约为2mW)，光耦的实际使用功率也很小(＜2mW)，故在使用过程中可以直接接通74LS14芯片进行工作，因此采用光耦直接与反向芯片74LS14连接进行工作。该光耦是型号为亿光的光耦817；将红外传感器的输出端接到74LS14芯片的1号引脚，由2号引脚引出，进行反向，并将由74LS14芯片引出的信号接到光耦上，光耦开关另一端接地，成为控制端。

该输出电路是由超声波传感器、振动电机、蜂鸣器和三极管2N1711组成，其之间的连接关系是振动电机与光耦的两输出引脚相连，蜂鸣器与三极管连接，三极管与超声波传感器连接：超声波传感器与12v电源相连；输出电路中的振动电机通过由调压电路发出的1.5V电压进行供电。蜂鸣器与6v电源相连，在使用过程中，将由变压电路输出来的1.5V电压端接在光耦开关上，并从另一端输出，最后接地。该振动电机的型号是ALONG空芯杯微型振动马达，数量是4个，四个振动电机的总工作功率为：P＝4×1.5V×100mA＝4×0.15W＝0.6W；该蜂鸣器型号是上海永星电子开关有限公司生产的UZ16-1。

所述导盲杖是由红外模块、普通拐杖、GPS模块、GSM模块和主控单元组成，其之间的位置连接关系是：红外模块放置在普通拐杖底部，正对前方，GPS模块，、GSM模块和主控模块单元固定在普通拐杖的中部四周，该红外模块进行探测，该GPS模块收集位置信息，通过GSM模块和主控单元通信通过飞信发送到上位机，上位机将发送的经纬度自动输入到GoogleEarth软件中查到用户具体位置，由管理人员将位置信息提供给救助人员和用户家属。

该红外模块是超小型红外接收解调模块RPM-638CBR，体积小，探测距离达到8--15M；

该普通拐杖是四脚拐杖，塑料扶手，铝合金上支，铁管底座。

该GPS模块是Navman公司的Jupiter 21OEM板，它具有12通道，体积小，小长方体；

该GSM模块是SIEMENS公司的TC35i模块，支持中文短消息的工业级GSM模块，工作在EGSM 900和GSM 1800双频段，电源范围为3.3～5.5V，可传输语音和数据信息，长方形；

该主控单元是A T89S52单片机作为控制器；形状为长方形。

所述上位机是一台连接着因特网的电脑。

本发明的工作原理及工作过程是：

探路功能简单的用红外传感器实现，以振动方式和蜂鸣方式报警。救助功能部分为了以较少的资源解决远程目标定位数据传输的空间局限性，提出一种串口多用的GPS/GSM远程定位技术，并将其实现。该技术将GPS技术与GSM短消息业务相结合，以AT89S52单片机为核心构成控制单元。利用串口分用实现单片机与GSM模块通讯，巧妙地克服了AT89S52单片机只有一个串口的问题。利用GSM短消息作为定位数据的传输手段，通过飞信发送到上位机上，在监控中心的PC机上编写监控软件在Google Earth上显示就可以得到人的定位信息

3、优点及功效：本发明一种智能导盲系统具有的优点是：

(1)定位，向上位机提供用户目前所面临的问题情况，和紧急求救报警功能。在社区，和福利院这些中等大小的地域适用性强；

(2)通过超声波和红外传感器结合来解决不同距离的检测；

(3)实现了五个方位(前后左右，前下方)的检测；

(4)导盲仪其中一部分是装载在衣服上的，其中装载衣服的部分加入了警示反光条，已达到警示他人的目的；

(5)盲人接受信息部分使用了振动电机和语音双提示；

(6)本产品有太阳能紧急充电装置，为方便盲人出行提供有利保障。

(四)附图说明

图1是调压电路示意图

图2是数字信号处理电路示意图

图3是输出电路第一部分示意图

图4是输出电路第二部分示意图

图5是总电路示意图

图6是导盲衣部分流程图

图7是上位机部分流程图

图8是导盲杖部分流程图

图9是本发明的结构示意图

图中符号说明如下：

L为LM317

G为光耦

H为红外模块

M为振动电机

F为蜂鸣器

S为74LS14

Vcc为12V电源

Q为三极管2N1711

CSB为超声波传感器

T1为调压电路即图1

T2为数字信号处理电路即图2

R1＝1200Ω

R3＝1000Ω

R2＝500Ω

R4＝500Ω

C1＝1μf

C2＝1μf

Mod1为请注意前方按钮

Mod2为请注意右方按钮

Mod3为请注意左方按钮

Mod4为请往左走按钮

Mod5为请往右走按钮

(五)具体实施方式

见图9，本发明一种智能导盲救助系统，它是由导盲衣、导盲杖、上位机三部分组成，其之间的关系是导盲衣和导盲杖共同实现避障功能，导盲杖主要探测前下方，导盲衣探测前后左右前上方，同时导盲杖还有发送位置信息和用户情况的功能，导盲杖上有多个按钮对应情况信息例如摔倒，迷路，犯病等等。导盲衣穿在身上，导盲杖拿在手里。两者并不连接。当发生情况时，用户按不同的按钮，上位机接收导盲杖发送来的定位信息，和情况信息，告知救助人员，家人，和最近的医院，进行救助。

所述导盲衣是由衣本体及放在其内的控制电路组成，该衣本体是依照人体制作的马夹状上衣，是采用100％针织低弹丝面料制作，便于洗涤，牢固耐用；其上的反光带即高亮反光PVC晶格带采用高亮反光化纤布制作，衣本体的颜色采用警示色，以达到警示路人与车辆的目的。该控制电路是由输入部分之传感器(红外传感器和超声传感器)、调压电路、数字信号处理电路和输出电路组成，其之间的关系是：当红外、超声传感器探测到附近有障碍物时，会输出数字信号，数字信号经过数字信号处理电路处理(反向，放大)，信号传递过来控制输出电路通断。

该输入部分之传感器由红外传感器和超声传感器组成，

红外传感器使用博光50-NK。具体参数为：

电气特性：U：5VDC，I：100mA，

外形尺寸：长：30MM，宽：20MM，厚：13MM

引线长度：45CM；

在正常工作状态下，遇到障碍物输出端输出低电平，平时输出5V的高电平。使用时功率大约为0.5W。则四个和的总功率为：P＝4×0.5W＝2W；超声传感器的型号是：TCT40-16T3。图6是导盲衣部分的流程图。

见图1，该调压电路是由一个LM317芯片、四个定值电阻和两个定制电容组成，彼此相互连接。LM317芯片形状为方形，电阻为普通碳膜电阻，外形为圆柱形，电容为瓷片电容，外形为圆片状；利用LM317的直流电压变压功能，使用电阻组成电路来将由电池直接发出的6V电压转化为1.5V的工作电压以驱动振动电机和蜂鸣器的工作。由于Vout＝1.25V(1+R2/R1)＝1.5V，在实际使用中，取R1＝1200Ω，R3＝1000Ω，R2＝500Ω，0.5W  R4＝500Ω0.5W，C1＝1μf，C2＝1μf。

见图2，该数字信号处理电路是由光耦和反向芯片74LS14组成，其之间的关系是反向芯片74LS14与光耦直接连接；由于红外传感器在遇到障碍物时实际发送出的信号是低电平，所以在电路中使用芯片74LS14对从红外传感器发送来的电平信号进行反向。74LS14芯片使用的是5V的工作电压，于是直接使用了6V的电源对其供电，也能使芯片正常工作。在经74LS14处理后发出是数字电平信号，功率较小(大约为2mW)，光耦的实际使用功率也很小(＜2mW)，故在使用过程中可以直接接通74LS14芯片进行工作，因此采用光耦直接与反向芯片74LS14连接进行工作。该光耦是：型号为亿光的光耦817；将红外传感器的输出端接到74LS14芯片的1号引脚，由2号引脚引出，进行反向，并将由74LS14芯片引出的信号接到光耦上，光耦开关另一端接地，成为控制端。

见图3、图4，该输出电路是由超声波传感器、振动电机、蜂鸣器、三极管2N1711组成，其之间的连接关系是振动电机与光耦的两输出引脚相连，蜂鸣器与三极管连接，三极管与超声波传感器连接：超声波传感器与12v电源相连；输出电路中的振动电机通过由调压电路发出的1.5V电压进行供电。蜂鸣器与6v电源相连，在使用过程中，将由变压电路输出来的1.5V电压端接在光耦开关上，并从另一端输出，最后接地。该振动电机的型号是ALONG空芯杯微型振动马达，数量是4个，四个振动电机的总工作功率为：P＝4×1.5V×100mA＝4×0.15W＝0.6W；该蜂鸣器型号是上海永星电子开关有限公司生产的UZ16-1。

所述导盲杖是由红外模块、普通拐杖、GPS模块、GSM模块和主控单元组成，其之间的位置连接关系是：红外模块放置在拐杖底部，正对前方，GPS模块，GSM模块和主控模块固定在拐杖的中部四周；该红外模块进行探测，GPS模块收集位置信息，通过GSM和单片机通信通过飞信发送到上位机上，在监控中心的PC机上编写监控软件在Google Earth软件上显示就可以得到人的定位信息提供给救人人员。图8是导盲杖部分的流程图。

该红外模块是超小型红外接收解调模块RPM-638CBR，体积小，探测距离达到8--15M，有直立与卧式两种封装形式，其主要电参数：VCC为4.5--5.5V，静态电流(无光照及信号输入)Icc为3MA，峰值波长为0.94uM，水平接收角为33度，上下接收角为14度，接收频率为38KHz。

该普通拐杖是四脚拐杖，塑料扶手，铝合金上支，铁管底座。

该GPS模块是Navman公司的Jupiter 21OEM板，它具有12通道，体积小，小长方体；定位精度10米。

该GSM模块是SIEMENS公司的TC35i模块，支持中文短消息的工业级GSM模块，工作在EGSM 900和GSM 1800双频段，电源范围为3.3～5.5V，可传输语音和数据信息，长方形；

该主控单元是A T89S52单片机作为控制器；型状为长方形。

所述上位机是一台连接着因特网的电脑。其型号规格是：Lenovo R400。图7是上位机部分的流程图。图5是本发明的总电路示意图。

本发明的工作原理及工作过程是：

探路功能简单的用红外传感器实现，以振动方式和蜂鸣方式报警。救助功能部分为了以较少的资源解决远程目标定位数据传输的空间局限性，提出一种串口多用的GPS/GSM远程定位技术，并将其实现。该技术将GPS技术与GSM短消息业务相结合，以AT89S52单片机为核心构成控制单元。利用串口分用实现单片机与GSM模块通讯，巧妙地克服了AT89S52单片机只有一个串口的问题。利用GSM短消息作为定位数据的传输手段，在Lenovo R400电脑上编写监控软件就可以得到人的定位信息。

Claims (1)

1.一种智能导盲救助系统，其特征在于：它是由导盲衣、导盲杖、上位机三部分组成，导盲衣和导盲杖共同实现避障功能，导盲杖探测前下方，导盲衣探测前后左右和前上方，同时导盲杖还有发送位置信息和用户情况的功能，导盲杖上有多个按钮对应摔倒、迷路、犯病的情况信息；导盲衣穿在身上，导盲杖拿在手里，两者并不连接；当发生情况时，用户按导盲杖上不同的按钮，上位机接收导盲杖发送来的定位信息和情况信息，告知救助人员、家人和最近的医院，进行救助；

所述导盲衣是由衣本体及放在其内的控制电路组成，该衣本体是依照人体制作的马夹状上衣，是采用100%针织低弹丝面料制作，便于洗涤，牢固耐用；其上的反光带即高亮反光PVC晶格带采用高亮反光化纤布制作，衣本体的颜色采用警示色，以达到警示路人与车辆；该控制电路是由输入部分、调压电路、数字信号处理电路和输出电路组成，当输入部分即红外和超声传感器探测到附近有障碍物时，会输出数字信号，数字信号经过数字信号处理电路处理，信号传递过来控制输出电路通断；该输入部分是红外传感器和超声传感器，其中红外传感器为四个，分别位于前后左右，超声传感器一个，位于前方；该调压电路是由一个LM317芯片、四个定值电阻和两个定制电容组成，彼此相互连接；该数字信号处理电路是由光耦和反向芯片74LS14组成，反向芯片74LS14与光耦直接连接；该输出电路是由超声波传感器、振动电机、蜂鸣器和三极管2N1711组成，振动电机与光耦的两输出引脚相连，蜂鸣器与三极管连接，三极管与超声波传感器连接，超声波传感器与12v电源相连，蜂鸣器与6v电源相连，输出电路中的振动电机通过由调压电路发出的1.5V电压进行供电；

所述导盲杖是由红外模块、普通拐杖、GPS模块、GSM模块和主控单元组成，红外模块放置在普通拐杖底部，正对前方，GPS模块、GSM模块和主控单元固定在普通拐杖的中部四周，该红外模块进行探测，该GPS模块收集位置信息，通过GSM模块和主控单元通信通过飞信发送到上位机，上位机将发送的经纬度自动输入到Google Earth软件中查到用户具体位置，由管理人员将位置信息提供给救助人员和用户家属；该红外模块是超小型红外接收解调模块RPM-638CBR；该普通拐杖是四脚拐杖，塑料扶手，铝合金上支，铁管底座；该GPS模块是Navman公司的Jupiter21OEM板；该GSM模块是SIEMENS公司的TC35i模块；该主控单元是A T89S52单片机作为控制器；

所述上位机是一台连接着因特网的电脑。

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