CN104546390A - 盲道和障碍识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盲道和障碍识别系统及识别方法，盲道和障碍识别系统包括系统总开关等，拐杖手柄采用镂空塑料制成，系统总开关镶嵌于拐杖手柄的左前端，探测功能切换开关置于拐杖手柄的顶端上，提醒功能切换开关镶嵌于拐杖手柄的中下端上，语音提醒模块和震动提醒模块都置于拐杖手柄的内部；拐杖杖身采用镂空塑料制成，从上到下依次排放的是电源模块、MCU模块、障碍探测模块和盲道探测模块；系统总开关与电源模块电连接；探测功能切换开关和提醒功能切换开关都与MCU模块电连接；语音提醒模块、震动提醒模块、障碍探测模块、盲道探测模块都与MCU模块电连接。发明体积小，探测灵敏度高，实时性好，能够满足市场小型化的需求。

Description

盲道和障碍识别系统及识别方法

技术领域

本发明涉及一种识别系统及识别方法，具体地，涉及一种盲道和障碍识别系统及识别方法。

背景技术

我国是世界三大盲人高发区之一，现有盲人约1200万，占全世界盲人总数的18％。每年新增盲人约45万，至2020年，盲人总数预计将达2000万。由于视力障碍，盲人出行遇到了极大的麻烦，为此许多国家在盲人行走较多的道路上专设了盲人易于识别的专用盲道。盲道一般由两类砖铺就，一类是条形引导砖，引导盲人放心前行，称为行进盲道；一类是带有圆点的提示砖，提示盲人前面有障碍，该转弯了，称为提示盲道。

我国第一部老龄事业发展蓝皮书，《中国老龄事业发展报告(2013)》指出，截至2012年底，我国老年人口数量达到1.94亿，比上年增加891万，占总人口的14.3％，截至目前，我国60岁以上老年人数量已超过2个亿，占总人口的14.9％。随着中国人口老龄化趋势越来越明显，老年人口在迅猛增加，与其相关的一系列问题都随着产生。

拐杖是盲人和老人出行的必备品之一，现今的盲人拐杖发明出来基本大都是用来帮助盲人避开障碍、GPS定位等，老人拐杖发明出来基本大都是用来帮助老人行走节省体力，但没有将两种拐杖所需的功能兼顾的智能拐杖。梁秋艳、姜永成和陈思羽等人发明了一种智能盲人拐杖(见专利公开号为CN203694020U的中国专利)，该拐杖实现GPS定位和障碍识别的功能。孙伟、金炎和张小瑞等人发明了一种拐杖(见专利公开号为CN103876908A的中国专利)，该拐杖可以精确反馈障碍物距离和方向。专门用于盲道探测的拐杖较少，陈维、徐迈和王祖林发明了基于图像识别的智能导盲杖(见专利公开号为CN103637900A的中国专利)，该拐杖可以实现盲道识别与公交信息识别，但该拐杖体积大，系统复杂，实时性差，不利于推广使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种盲道和障碍识别系统及识别方法，其体积小，探测灵敏度高，实时性好，能够满足市场小型化的需求。

根据本发明的一个方面，提供一种盲道和障碍识别系统，其特征在于，包括系统总开关、探测功能切换开关、语音提醒模块、震动提醒模块、提醒功能切换开关、电源模块、MCU模块、障碍探测模块、盲道探测模块、拐杖手柄和拐杖杖身，拐杖手柄采用镂空塑料制成，系统总开关镶嵌于拐杖手柄的左前端，探测功能切换开关置于拐杖手柄的顶端上，提醒功能切换开关镶嵌于拐杖手柄的中下端上，语音提醒模块和震动提醒模块都置于拐杖手柄的内部；拐杖杖身采用镂空塑料制成，从上到下依次排放的是电源模块、MCU模块、障碍探测模块和盲道探测模块；系统总开关与电源模块电连接；探测功能切换开关和提醒功能切换开关都与MCU模块电连接；语音提醒模块、震动提醒模块、障碍探测模块、盲道探测模块都与MCU模块电连接。

优选地，所述障碍探测模块和盲道探测模块都在拐杖杖身上开孔。

优选地，所述盲道探测模块采用TCS230芯片；MCU模块采用STC51系列单片机；语音提醒模块采用华邦公司的ISD1760芯片。

本发明还提供一种盲道和障碍识别方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，通过探测功能切换开关选择盲道探测模式和/或障碍探测模式；

步骤二，进行盲道探测模式和/或障碍探测模式。

优选地，所述盲道探测模式包括以下步骤：首先盲道探测模块采集盲道光信号，然后盲道探测模块将光信号转换成盲道探测信息并传输给MCU模块进行RGB分量值计算，得到各分量值后进行判断，在阈值之内时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关选择提醒方式，否则返回盲道探测步骤继续探测。

优选地，所述障碍探测模式包括以下步骤：首先障碍探测模块收发超声波，通过MCU模块记录下回响信号与触发信号的时间差，计算可得到障碍物的距离；然后判断距离是否小于设定的阈值，小于阈值时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关选择提醒方式，否则返回收发超声波步骤继续探测。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，本发明采用多通道颜色识别芯片(TCS230芯片)，识别灵敏度高，鲁棒性好。二，本发明提供两种提醒功能(震动和语音)，根据不同环境和爱好选择，提高系统信息传达精确性。三，相对传统的拐杖，本发明着眼于盲道识别，新颖性、创新性高。四，相对其他的盲杖，本发明可实现盲道上障碍识别功能，实时性好，应用价值高。五，本发明结构简单，小巧，可直接嵌入于拐杖之中，能够满足市场小型化的需求，应用前景广阔。六，本发明引导盲人找寻黄色盲道，帮助盲人在盲道上避开障碍，帮助老人或盲人在正常行走时避开障碍。七，本发明可以实现盲道光信号的快速精确捕获，光信号频率范围可调，支持不同颜色盲道光信号识别。八，本发明可以实现障碍距离信息的快速精确捕获，障碍距离范围可调，支持不同大小障碍距离识别。九，本发明可以实现探测功能切换开关与MCU模块编程结合，增强系统稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明盲道和障碍识别系统的结构示意图。

图2为本发明中盲道探测模块的原理框图。

图3为本发明中障碍探测模块的原理框图。

图4为本发明中MCU模块与震动提醒模块工作时的原理框图。

图5为本发明中MCU模块与语音提醒模块工作时的原理框图。

图6为本发明盲道和障碍识别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明盲道和障碍识别系统包括系统总开关1、探测功能切换开关2、语音提醒模块3、震动提醒模块4、提醒功能切换开关5、电源模块6、MCU模块7、障碍探测模块8、盲道探测模块9、拐杖手柄10和拐杖杖身11，拐杖手柄10采用镂空塑料制成，系统总开关1镶嵌于拐杖手柄10的左前端，探测功能切换开关2置于拐杖手柄10的顶端上，提醒功能切换开关5镶嵌于拐杖手柄的中下端上，语音提醒模块3和震动提醒模块4都置于拐杖手柄10的内部；拐杖杖身11采用镂空塑料制成，从上到下依次排放的是电源模块6、MCU模块7、障碍探测模块8和盲道探测模块9；系统总开关10与电源模块6电连接，从而控制整个系统；探测功能切换开关2和提醒功能切换开关5都与MCU模块7电连接，控制相应的模块；语音提醒模块3、震动提醒模块4、障碍探测模块8和盲道探测模块9都与MCU模块7电连接，通过开关控制相应部分的功能实现，具体来说，通过探测功能切换开关2控制选择盲道识别或障碍识别，识别信号采集过后通过MCU模块7处理，最后通过语音提醒模块3或震动提醒模块4提示相应的信息。电源模块6连接到整个系统的各个部分，为整个系统供电。整个系统的连线都在拐杖内部，其他镂空部分用其他材料填充。系统中各个部分通过杜邦线连接。

系统总开关1采用两段式拨动开关，包含两种模式，用于控制整个系统的工作与否。

探测功能切换开关2采用三段式拨动开关，包含三种模式，分别是盲道探测模式、障碍探测模式及两种模式同时工作。

语音提醒模块3由华邦公司的ISD1760芯片为核心与外围电路共同组成，ISD1760芯片集成了数据存储器，用于存放语音信号数据；与MCU模块7电连接，接收MCU模块7的控制指令，进行提示与否。

震动提醒模块4由直流电机为核心与驱动电路共同组成，震动提醒模块4与MCU模块7电连接，接收MCU模块7的控制指令，进行提示与否。

提醒功能切换开关5采用三段式拨动开关，包含三种模式，分别是语音提醒模式、震动提醒模式及两种模式同时工作。

电源模块6采用一款mini电源模块，由8V电池供电输入，有多个输出接口，可以输出5V或3V电压。

MCU模块7采用STC51系列单片机为核心，与11.0592M晶振、流水灯等外围电路共同组成，提供多个外围接口，包括5V供电输入口和RS232串口等，使用keiluvision3软件进行编写核心程序；MCU模块7与探测功能切换开关2、语音提醒模块3、震动提醒模块4、提醒功能切换开关5、电源模块6、障碍探测模块8及盲道探测模块9进行电连接，通过核心程序控制整个系统。

障碍探测模块8采用超声波探测器为核心，与晶振等外围电路共同组成，与MCU模块7电连接，整个测距过程由MCU模块7的核心程序控制完成。

盲道探测模块9采用具有颜色识别功能的TCS230芯片为核心，与聚光透镜等外围电路共同组成，盲道探测模块9与MCU模块7电连接，整个测距过程由MCU模块7的核心程序控制完成。

拐杖手柄10采用镂空塑料制成。拐杖杖身11采用镂空塑料制成。系统各模块置于拐杖手柄和拐杖杖身表面或内部。

其中，障碍探测模块8和盲道探测模块9都在拐杖杖身上开孔，便于信号发射与采集，在拐杖杖身的表面使用彩色油纸包裹。具体来说，震动提醒模块4置于手柄内部后端，便于感应震动。

如图2所示，进行盲道探测时，首先，地面反射光线经过聚光透镜，经过聚光之后，光信号得到加强，直接聚焦到TCS230芯片上，MCU模块7与TCS230芯片的控制电路建立通信连接，控制TCS230芯片的RGB通道选择，分别得到RGB分量值，分别判断各分量值是否在阈值之内，在阈值内时通过提醒功能切换开关选择，传输给语音提醒模块3或震动提醒模块4，否则继续探测黄色盲道信息。盲道探测模块采集盲道的颜色信息，并转换成盲道探测信息传输给MCU模块7处理。

如图3所示，进行障碍探测时，首先，超声波探测器发射一束超声波，遇到障碍物时发射回一束超声波，通过MCU模块7的控制，计算出障碍物的距离，并判断是否小于预先设定的阈值，小于阈值时则判定测到的颜色为黄色，并通过提醒功能切换开关选择，传输给语音提醒模块3或震动提醒模块4，否则继续探测障碍。超声波探测器测量障碍距离信息，障碍距离信息(也可以称为“障碍探测信息”)传输给MCU模块7进行处理。

如图4所示，盲道探测信息或障碍探测信息经过MCU模块7处理后，MCU模块7与震动提醒模块4通过驱动电路建立连接，预先设定不同的震动时长以表示不同的提示信息，震动时间长的表示盲道，短的表示障碍，接收MCU模块7的控制指令，进行相应的震动提醒。

如图5所示，盲道探测信息或障碍探测信息经过MCU模块7处理后，MCU模块7与语音提醒模块3遵循SPI协议建立通信连接，预先录好不同的提示语音存放在相应的存储单元，接收MCU模块7的控制指令，从相应存储单元里读取语音信息进行提示。

如图6所示，本发明盲道和障碍识别方法包括以下步骤：

步骤一，通过探测功能切换开关2选择盲道探测模式和/或障碍探测模式；

步骤二，进行盲道探测模式和/或障碍探测模式。其中，盲道探测模式包括以下步骤：首先盲道探测模块9采集盲道光信号，然后盲道探测模块9(主要是TCS230芯片)将光信号转换成盲道探测信息并传输给MCU模块7进行RGB分量值计算，得到各分量值后进行判断，在阈值之内时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关5可以选择提醒方式，否则返回采集盲道光信号步骤继续探测。障碍探测模式包括以下步骤：首先障碍探测模块8收发超声波，通过MCU模块7记录下回响信号与触发信号的时间差，计算可得到障碍物的距离S；然后判断距离S是否小于设定的阈值，小于阈值时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关5可以选择提醒方式，否则返回收发超声波步骤继续探测。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种盲道和障碍识别系统，其特征在于，包括系统总开关、探测功能切换开关、语音提醒模块、震动提醒模块、提醒功能切换开关、电源模块、MCU模块、障碍探测模块、盲道探测模块、拐杖手柄和拐杖杖身，拐杖手柄采用镂空塑料制成，系统总开关镶嵌于拐杖手柄的左前端，探测功能切换开关置于拐杖手柄的顶端上，提醒功能切换开关镶嵌于拐杖手柄的中下端上，语音提醒模块和震动提醒模块都置于拐杖手柄的内部；拐杖杖身采用镂空塑料制成，从上到下依次排放的是电源模块、MCU模块、障碍探测模块和盲道探测模块；系统总开关与电源模块电连接；探测功能切换开关和提醒功能切换开关都与MCU模块电连接；语音提醒模块、震动提醒模块、障碍探测模块、盲道探测模块都与MCU模块电连接。

2.根据权利要求1所述的盲道和障碍识别系统，其特征在于，所述障碍探测模块和盲道探测模块都在拐杖杖身上开孔。

3.根据权利要求1所述的盲道和障碍识别系统，其特征在于，所述盲道探测模块采用TCS230芯片；MCU模块采用STC51系列单片机；语音提醒模块采用华邦公司的ISD1760芯片。

4.一种盲道和障碍识别方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，通过探测功能切换开关选择盲道探测模式和/或障碍探测模式；

步骤二，进行盲道探测模式和/或障碍探测模式。

5.根据权利要求4所述的盲道和障碍识别方法，其特征在于，所述盲道探测模式包括以下步骤：首先盲道探测模块采集盲道光信号，然后盲道探测模块将光信号转换成盲道探测信息并传输给MCU模块进行RGB分量值计算，得到各分量值后进行判断，在阈值之内时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关选择提醒方式，否则返回盲道探测步骤继续探测。

6.根据权利要求4所述的盲道和障碍识别方法，其特征在于，所述障碍探测模式包括以下步骤：首先障碍探测模块收发超声波，通过MCU模块记录下回响信号与触发信号的时间差，计算可得到障碍物的距离；然后判断距离是否小于设定的阈值，小于阈值时进行提醒操作，通过提醒功能切换开关选择提醒方式，否则返回收发超声波步骤继续探测。