CN104571107B - 一种盲人行动辅助及远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盲人行动辅助及远程监控系统，所述系统包括便携装置、ZigBee组网模块和智能便携终端；所述便携装置包括处理器、测距模块、测温模块、陀螺仪模块、提示模块和通信模块，所述通信模块包括ZigBee模块和GSM/GPRS模块，所述ZigBee模块与所述ZigBee组网模块通过自组织网络无线连接通信，所述GSM/GPRS模块与智能便携终端通过GSM网络连接。本系统通过便携装置获取障碍信息，并结合ZigBee组网模块获取定位和导航信息，实现行动辅助；便携装置将位置信息发送到智能便携终端实现远程监控。本系统组建简单、扩展性强、使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及行动辅助和监控技术，具体是一种盲人行动辅助及远程监控系统。
背景技术
中国是世界上盲人最多的国家，每年新增盲人大约45万，视力障碍或全盲者占全世界盲人总数的1/5左右，由于先天或后天意外导致的视力障碍人员数量也不在少数。
随着生活水平的提高，盲人想要更多地了解世界和更好地融入社会的愿望也越来越强烈。视觉是了解世界最直观的方式，但由于生理上的缺陷，盲人无法通过视觉直观地获取外界信息，这使得他们在学习、生活和工作等方面有着诸多不便。
随着社会文明程度的不断提高，盲人越来越多地受到社会的关注。盲人生活中最大的问题是由于无法通过视觉获取信息，导致行动能力和行动范围受限，并且行动安全没有保障。盲人想要便捷地行动必须了解行进方向障碍物信息、目的地位置信息、可行路径信息以及途经关键位置信息。现实生活中大多数盲人都是通过普通的盲杖来辅助行走的，它只能探测局部的障碍物。导盲犬虽然可以协助引导盲人行进，但存在训练周期和适应期过长、成本较高的缺点，这也使得导盲犬的使用率并不高。因此急需研究一种具有行动辅助和远程监控功能的系统。
现有的激光、雷达、微波等测距方法虽然精度较高，但价格昂贵、实现复杂，不适合应用于低成本场合。使用超声波模块和红外模块相结合的测距方法，即可满足盲人行动测障场合需求。
现有的定位系统较多使用GPS技术，但GPS模块存在价格昂贵、特定区域信号差或无信号、民用导航精度低等缺点，因此使用率较低。
发明内容
为了解决目前盲人测障、定位、导航和监控系统实现复杂、成本高，导致无法被大多数盲人使用的问题，本发明提供一种盲人行动辅助及远程监控系统，结合超声波技术、红外技术、陀螺仪技术、ZigBee技术和GSM/GPRS技术的优点，用于实时反馈障碍物信息、定位信息，实现导航和远程监控。
为实现上述目的，本发明采用的如下技术方案：
一种盲人行动辅助及远程监控系统，包括便携装置和与便携装置连接的ZigBee组网模块和智能便携终端。
进一步地，所述便携装置包括处理器和分别与处理器连接的测距模块、测温模块、陀螺仪模块、提示模块和通信模块。
进一步地，所述通信模块包括ZigBee模块和GSM/GPRS模块。
进一步地，所述ZigBee组网模块通过自组织网络与ZigBee模块无线连接通信。
进一步地，所述GSM/GPRS模块与智能便携终端通过移动通信网络无线连接通信。
进一步地，所述测距模块、测温模块、陀螺仪模块、提示模块和通信模块分别与处理器电连接。
进一步地，所述测距模块包括超声波模块和红外模块。
进一步地，所述超声波模块包括至少一个超声波发射模块和一个超声波接收模块。
进一步地，所述红外模块包括至少一个红外发射模块和一个红外接收模块。
进一步地，所述测温模块用于测量环境温度信息，以便校正超声波传播速度。
进一步地，所述陀螺仪模块用于测量便携装置方位和俯仰角信息，以便校正障碍物位置信息。
进一步地，所述提示模块包括语音模块、灯光模块和震动模块，用于反馈障碍信息、定位信息和导航信息给盲人，并提示路人避让盲人。
进一步地，所述ZigBee组网模块包括至少一个ZigBee模块，并且自组织网络拓扑结构为星型网、树型网或网状网。
进一步地，所述智能便携终端包括GSM/GPRS接口、APP软件和预先设计好的监控区域地图。
进一步地，所述智能便携终端为平板电脑和智能手机中的一种或两种。
相对于现有技术，本发明的有益效果包括：本发明将超声波技术、红外技术和陀螺仪技术结合，并通过温度校正，计算出障碍物位置和距离信息，通过声、光和震动等形式反馈给盲人，进行行动诱导，实现避障。盲人佩戴便携装置进入布设有ZigBee组网模块的区域内时，便携装置上的ZigBee模块自动与ZigBee组网模块形成自组织网络，ZigBee组网模块中的ZigBee模块可通过与便携装置的ZigBee模块通信，计算便携装置位置，从而实现定位；当盲人根据语音提示输入目标位置信息时，可通过ZigBee组网模块内的ZigBee模块路由表信息或路由转发功能，规划出可用的路径信息，从而实现导航。便携装置将盲人位置信息通过GSM/GPRS网络发送到智能便携终端，即可使用智能便携终端远程监控盲人位置信息。本系统组成设备简单、开发周期短、组网灵活、易于扩展、使用简单、成本低，可保证盲人行动安全性、便捷性和监控的实时性。
附图说明
图1为本发明一种盲人行动辅助及远程监控系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明运用测距技术、无线通信技术和软件技术，将超声波技术、红外技术和陀螺仪技术相结合，利用软件通过处理器控制多种传感器工作，实现障碍物距离测量；利用语音技术和震动技术，实现避障诱导提示。
参考图1，本发明系统包括便携装置和与便携装置连接的ZigBee组网模块和智能便携终端。
便携装置包括处理器、测距模块、测温模块、陀螺仪模块、提示模块和通信模块。
测距模块包括超声波模块和红外模块。
超声波模块包括至少一个超声波发射模块和一个超声波接收模块。处理器控制超声波发射模块发射超声波信号，超声波信号遇到障碍物反射，超声波接收模块接收反射信号，处理器通过发射和接收信号时间差即可计算障碍物距离。选用不同类型和不等数量超声波模块进行距离测量，可提高障碍物形状识别率、增加障碍物测量范围。
红外模块包括至少一个红外发射模块和一个红外接收模块。由于超声波在近距离测距时有盲区，故使用红外模块测量近距离障碍物，其测距原理与超声波类似。
由于超声波信号传播速度与温度有关，因此计算时需使用测温模块实时检测温度值并更新计算结果，以提高测距精度。
由于盲人行走过程中是的便携装置晃动，导致测距方向的变化，因此需使用陀螺仪模块实时检测方向变化，校正障碍物方位信息，以提高障碍物方位精度。
通信模块包括ZigBee模块和GSM/GPRS模块。
当盲人佩戴便携装置进入布设有ZigBee组网模块的区域内时，便携装置上的ZigBee模块自动与ZigBee组网模块形成自组织网络，ZigBee组网模块中的ZigBee模块可通过与便携装置的ZigBee模块通信，计算便携装置位置，进行定位；当盲人根据语音提示输入目标位置信息时，可通过ZigBee组网模块内的ZigBee模块路由表信息或路由转发功能，规划出可用的路径信息，进行语音导航。
GSM/GPRS模块与智能便携终端通过移动通信网络连接。
智能便携终端包括GSM/GPRS接口、APP软件和预先设计好的监控区域地图。
APP软件接收便携装置定时发送或盲人按键发送的位置信息，相关人员也可以通过APP软件发送控制命令，主动要求便携装置即时回发位置信息。
监控区域地图可通过预先存储于智能便携终端或通过网络下载，还可通过APP软件发送控制命令，要求便携装置从ZigBee组网模块获取，再回传给智能便携终端。
当相关人员想要监控盲人状态时，可通过APP软件获取盲人位置信息，并在监控区域地图上显示，从而达到直观监控的目的。
为了确保整个系统数据传输的安全性，ZigBee和GSM/GPRS均设定了各自特定的数据传送格式、编解码器方式和加密模式，以便能够准确而安全地进行测障、定位、导航和监控。
以上对本发明的一种实施例进行了详细的说明，但所述内容仅为本发明 的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的保护范围。凡依本发明申请范围所 做的均等变化或改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，包括便携装置和与便携装置连接的ZigBee组网模块和智能便携终端；
所述便携装置包括处理器和分别与处理器连接的测距模块、测温模块、陀螺仪模块、提示模块和通信模块，通信模块中的ZigBee模块与ZigBee组网模块通过自组织网络连接通信，GSM/GPRS模块与智能便携终端通过GSM网络连接；
当盲人佩戴便携装置进入布设有ZigBee组网模块的区域内时，便携装置上的ZigBee模块自动与ZigBee组网模块形成自组织网络，ZigBee组网模块中的ZigBee模块通过与便携装置的ZigBee模块通信，计算便携装置位置，进行定位；当盲人根据语音提示输入目标位置信息时，通过ZigBee组网模块内的ZigBee模块路由表信息或路由转发功能，规划出可用的路径信息，进行语音导航。
2.根据权利要求1所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述测距模块包括超声波模块和红外模块。
3.根据权利要求2所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述超声波模块包括至少一个超声波发射模块和一个超声波接收模块。
4.根据权利要求2所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述红外模块包括至少一个红外发射模块和一个红外接收模块。
5.根据权利要求1所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述提示模块包括语音模块、灯光模块和震动模块，用于反馈障碍信息、定位信息和导航信息给盲人，并提示路人避让盲人。
6.根据权利要求1所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述ZigBee组网模块包括至少一个ZigBee模块，并且自组织网络拓扑结构为星型网、树型网或网状网。
7.根据权利要求1所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述智能便携终端包括GSM/GPRS接口、APP软件和预先设计好的监控区域地图。
8.根据权利要求1所述的一种盲人行动辅助及远程监控系统，其特征在于，所述智能便携终端为平板电脑和智能手机中的一种或两种。
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