CN105030489B - 一种智能盲人拐杖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能盲人拐杖，包括拐杖把手、拐杖柱体、连接管、微处理器、电源开关、应急按钮、定位模块、无线通信模块、GSM模块、充电电池、超声波传感器以及震动器。其中，拐杖把手安装在连接管后端的管口上；应急按钮安装在连接管的外管壁上；电源开关安装在拐杖柱体的外壁上；超声波传感器安装在拐杖柱体的外壁上；震动器安装在连接管外壁上；应急按钮、定位模块、无线通信模块、GSM模块、超声波传感器以及震动器均与微处理器电连接。该智能盲人拐杖具备唤醒、定位以及避障提示的功能，完全满足盲人的日常生活需要，具有较好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种盲人用的导盲器具，尤其是一种盲人拐杖。
背景技术
比较当下的相关专利设计，我们发现盲人有时找不到拐杖，无有效措施提醒拐杖位置信息的设计，带电盲人拐杖的充电技术不够人性化。特别是摔跤时，找不到拐杖，且无法提示路人避让，盲人摔出现意外时无法及时告知家人其位置信息，带电拐杖的电量提醒不够。很多拐杖注意了防滑设计，但是没有考虑到冬天拐杖冷易遇水结冰、夏天盲人手心出汗的实际，没有从根源上进行防滑设计。在防撞设计上，采用红外探测易受环境干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的盲人拐杖不具备唤醒、定位以及避障提示的功能，难以满足盲人的日常生活需要。
为了解决上述技术问题，本发明的智能盲人拐杖，包括半圆环形的拐杖把手、圆管形的拐杖柱体、垂直安装在拐杖柱体顶端的连接管、微处理器、电源开关、应急按钮、定位模块、无线通信模块、GSM模块、充电电池、三个超声波传感器以及三个震动器；拐杖把手固定安装在连接管后端的管口上；应急按钮安装在连接管的外管壁上；电源开关安装在拐杖柱体上端的外壁上；三个超声波传感器均固定安装在拐杖柱体的外壁上，且三个超声波传感器的探测方向分别指向拐杖把手的左方、前方和右方；三个震动器分别固定安装在连接管外壁的左侧、上侧和右侧；微处理器、定位模块、无线通信模块、GSM模块以及充电电池均安装于拐杖柱体内；充电电池经过电源开关后为微处理器、定位模块、无线通信模块、GSM模块、三个超声波传感器以及三个震动器供电；应急按钮、定位模块、无线通信模块、GSM模块、三个超声波传感器以及三个震动器均与微处理器电连接。
采用无线通信模块与盲人的手环进行无线通信，在盲人按下手环上的按钮后，微处理器将向三个震动器发送震动信号，从而唤醒拐杖，使盲人能够快速准确地找到拐杖；采用三个超声波传感器实时检测拐杖的左方、前方和右方的障碍物状态，并通过三个震动器进行分别提醒，使盲人及时获取自身左方、前方和右方障碍物状态进行避让；采用应急按钮能够够在盲人迷路后快速启动定位模块进行定位，并由GSM模块快速地将定位坐标发送至家人的手机上。
作为本发明的进一步改进方案，拐杖把手由两个铰接在一起的半壳体组成，且两个半壳体对开后呈圆环形充电结构；圆环形充电结构内设有无线充电线圈；无线充电线圈经过充电电路后与充电电池的充电端电连接；两个半壳体中的一个固定安装在连接管后端的管口上。采用两个半壳体组成圆环形充电结构，并在圆环形充电结构内设置无线充电线圈，不仅能够实现充电电池的无线充电，而且采用可翻折对开的结构能够有效减小无线充电线圈所占用的体积。
作为本发明的进一步改进方案，连接管内设有电动风扇；拐杖把手上设有至少一个通风孔；连接管与拐杖把手内部连通；充电电池为电动风扇供电，微处理器通过电机驱动电路驱动电动风扇转动；拐杖把手的内壁上且靠近其中一个通风孔处设有湿度传感器；充电电池为湿度传感器供电；微处理器与湿度传感器电连接。采用湿度传感器实时检测盲人的手心是否出汗潮湿，在检测到湿度超过阈值时，通过电动风扇向通风孔鼓风吹干，防止手部打滑。
作为本发明的进一步改进方案，连接管前端的管口处设有滤网。采用滤网能够防止空气中的杂物进入拐杖把手内，避免对内部电路造成破坏。
作为本发明的进一步改进方案，拐杖把手的外壁上设有内部嵌入发热丝的发热外层；充电电池经过温控开关后为发热外层内的发热丝供电；微处理器控制温控开关的通断；拐杖把手内设有温度传感器；充电电池为温度传感器供电；微处理器与温度传感器电连接。采用温度传感器实时检测拐杖把手的温度，并在温度低于阈值时，通过发热外层对盲人的手部进行加热，起到保暖的作用。
作为本发明的进一步改进方案，拐杖柱体的下端包裹有太阳能薄膜电池，太阳能薄膜电池经过充电电路后与充电电池的充电端电连接。采用太阳能薄膜电池能够实时地对充电电池进行充电，延长拐杖使用的续航能力。
作为本发明的进一步改进方案，拐杖柱体的外壁上设有水银开关和报警器；水银开关与拐杖柱体的轴向相平行；水银开关和报警器均与微处理器电连接。采用水银开关能够实时检测拐杖是否倾倒，间接表明盲人是否跌倒，在水银开关接通时，由报警器进行及时报警，既能够提醒行人避让，防止碰撞，又能够提醒盲人拐杖的位置，方便快速获取，还能通过定位模块进行定位，并由GSM模块快速地将定位坐标发送至家人的手机上。
作为本发明的进一步限定方案，还包括一个分压电路，分压电路的分压端连接至微处理器的A/D采集端；分压电路的高压端连接至电源开关的输出端，低压端接地；拐杖柱体的外壁上设有与微处理器电连接的蜂鸣器。采用分压电路能够方便微处理器及时获取充电电池的电压，并在电压低于阈值时，由蜂鸣器提醒盲人进行充电。
作为本发明的进一步改进方案，微处理器为单片机、DSP、FPGA或CPLD。
作为本发明的进一步限定方案，定位模块为北斗定位模块或GPS定位模块。
本发明的有益效果在于：（1）采用无线通信模块与盲人的手环进行无线通信，在盲人按下手环上的按钮后，微处理器将向三个震动器发送震动信号，从而唤醒拐杖，使盲人能够快速准确地找到拐杖；（2）采用三个超声波传感器实时检测拐杖的左方、前方和右方的障碍物状态，并通过三个震动器进行分别提醒，使盲人及时获取自身左方、前方和右方障碍物状态进行避让；（3）采用应急按钮能够够在盲人迷路后快速启动定位模块进行定位，并由GSM模块快速地将定位坐标发送至家人的手机上。
附图说明
图1为本发明的侧视结构示意图；
图2为本发明的拐杖把手对开后结构示意图；
图3为本发明的电路结构示意图。
图中：1、拐杖把手，2、拐杖柱体，3、连接管，4、发热外层，5、无线充电线圈，6、通风孔，7、温度传感器，8、应急按钮，9、电动风扇，10、滤网，11、震动器，12、定位模块，13、报警器，14、微处理器，15、超声波传感器，16、充电电池，17、无线通信模块，18、太阳能薄膜电池，19、铰链，20、水银开关，21、充电柱头，22、电源开关，23、GSM模块，24、湿度传感器，25、蜂鸣器。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的智能盲人拐杖包括：半圆环形的拐杖把手1、圆管形的拐杖柱体2、垂直安装在拐杖柱体2顶端的连接管3、微处理器14、电源开关22、应急按钮8、定位模块12、无线通信模块17、GSM模块23、充电电池16、三个超声波传感器15以及三个震动器11。
其中，拐杖把手1固定安装在连接管3后端的管口上，在连接管3前端的管口处设有滤网10；应急按钮8安装在连接管3的外管壁上；电源开关22安装在拐杖柱体2上端的外壁上；三个超声波传感器15均固定安装在拐杖柱体2的外壁上，且三个超声波传感器15的探测方向分别指向拐杖把手1的左方、前方和右方；三个震动器11分别固定安装在连接管3外壁的左侧、上侧和右侧；微处理器14、定位模块12、无线通信模块17、GSM模块23以及充电电池16均安装于拐杖柱体2内；充电电池16经过电源开关22后为微处理器14、定位模块12、无线通信模块17、GSM模块23、三个超声波传感器15以及三个震动器11供电；应急按钮8、定位模块12、无线通信模块17、GSM模块23、三个超声波传感器15以及三个震动器11均与微处理器14电连接。
拐杖把手1由两个通过铰链19铰接在一起的半壳体组成，且两个半壳体对开后呈圆环形充电结构；在圆环形充电结构内设有无线充电线圈5；无线充电线圈5经过充电电路后与充电电池16的充电端电连接；两个半壳体中的一个固定安装在连接管3后端的管口上；位于两个半壳体铰接处的无线充电线圈5的电线采用性能优良的软线，两个半壳体在合起来时采用锁扣进行紧固。
在连接管3内设有电动风扇9；在拐杖把手1上设有至少一个通风孔6；连接管3与拐杖把手1内部连通；充电电池16为电动风扇9供电，微处理器14通过电机驱动电路驱动电动风扇9转动；在拐杖把手1的内壁上且靠近其中一个通风孔6处设有湿度传感器24；充电电池16为湿度传感器24供电；微处理器14与湿度传感器24电连接。
在拐杖把手1的外壁上设有内部嵌入发热丝的发热外层4，发热外层4可以粘贴在两个半壳体上，但是不阻挡通风孔6；充电电池16经过温控开关后为发热外层4内的发热丝供电；微处理器14控制温控开关的通断；在拐杖把手1内设有温度传感器7；充电电池16为温度传感器7供电；微处理器14与温度传感器7电连接。
在拐杖柱体2的下端包裹有太阳能薄膜电池18，太阳能薄膜电池18经过充电电路后与充电电池16的充电端电连接。
在拐杖柱体2的外壁上设有水银开关20和报警器13；水银开关20与拐杖柱体2的轴向相平行；水银开关20和报警器13均与微处理器14电连接。
本发明的智能盲人拐杖还包括一个分压电路，分压电路的分压端连接至微处理器14的A/D采集端；分压电路的高压端连接至电源开关22的输出端，低压端接地；拐杖柱体2的外壁上设有与微处理器14电连接的蜂鸣器25。
微处理器14为单片机、DSP（数字信号处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）或CPLD（复杂可编程逻辑器件）；定位模块12为北斗定位模块或GPS定位模块。
本发明的智能盲人拐杖在使用时的具体应用案例如下：
应用例1：
若盲人使用者在起床后找不到拐杖，则可以利用手上的手环与无线通信模块17进行无线通信，并在盲人按下手环上的按钮后，微处理器14将向三个震动器11发送震动信号，从而唤醒拐杖，使盲人能够快速准确地找到拐杖。
应用例2：
在充电电池12的电量较低时，分压电路实时地将分压后的电压送入微处理器14进行A/D采集，在微处理器14判断充电电池12的电压低于设定阈值时，即低于总电量的20%时，便控制蜂鸣器25发出低压报警声音，此时可以通过太阳能薄膜电池18向充电电池充电，或者将拐杖把手1的两个半壳体对开呈圆环形充电结构，通过安装在墙上的充电柱头21对无线充电线圈5进行无线电磁充电，使充电电池12快速获得足够的电量。
应用例3：
在盲人用户迷路后，可通过按下应急按钮8启动定位模块12进行定位，再由微处理器14控制GSM模块23向家人的手机上发送盲人目前的坐标信息。
应用例4：
在盲人用户意外摔倒时，水银开关20能够及时检测到拐杖的倾倒信号，间接表明盲人跌倒，此时由微处理器14控制报警器进行及时报警，既能够提醒行人避让，防止碰撞，又能够提醒盲人拐杖的所在位置，方便快速获取拐杖，还能通过定位模块12进行坐标定位，并由GSM模块23快速地将定位坐标发送至家人的手机上。
应用例5：
在温度较低的环境下使用时，由温度传感器7实时检测拐杖把手1的温度，并在温度低于设定的阈值时，由微处理器14控制打开温控开关，使发热外层4内的发热丝得电发热，从而对盲人的手部进行加热，起到保暖的作用。
应用例6：
在环境温度较高时，盲人用户的手心容易出汗打滑，此时由湿度传感器24实时检测盲人的手心是否出汗潮湿，在微处理器14获得湿度超过设定的湿度阈值时，便控制电机驱动电路驱动电动风扇向拐杖把手1内吹风，再由通风孔鼓风6将手心的汗水吹干，防止手部打滑。
应用例7：
在盲人移动过程中，由三个超声波传感器15实时检测拐杖的左方、前方和右方的障碍物状态，即盲人用户的左方、前方和右方的障碍物状态，当微处理器14获得障碍物的距离小于距离阈值时，通过控制三个震动器11分别进行提醒，即左方有障碍物时左侧的震动器11震动，前方有障碍物时中间的震动器11震动，右方有障碍物时右侧的震动器11震动，使盲人能够及时地对自身左方、前方和右方障碍物进行避让。相比于市场上的红外探测盲人拐杖相比，超声波探测具有不易受到干扰的优势。
Claims (9)
1.一种智能盲人拐杖，其特征在于：包括半圆环形的拐杖把手(1)、圆管形的拐杖柱体(2)、垂直安装在拐杖柱体(2)顶端的连接管(3)、微处理器(14)、电源开关(22)、应急按钮(8)、定位模块(12)、无线通信模块(17)、GSM模块(23)、充电电池(16)、三个超声波传感器(15)以及三个震动器(11)；所述拐杖把手(1)固定安装在连接管(3)后端的管口上；所述应急按钮(8)安装在连接管(3)的外管壁上；所述电源开关(22)安装在拐杖柱体(2)上端的外壁上；三个超声波传感器(15)均固定安装在拐杖柱体(2)的外壁上，且三个超声波传感器(15)的探测方向分别指向拐杖把手(1)的左方、前方和右方；三个震动器(11)分别固定安装在连接管(3)外壁的左侧、上侧和右侧；所述微处理器(14)、定位模块(12)、无线通信模块(17)、GSM模块(23)以及充电电池(16)均安装于拐杖柱体(2)内；所述充电电池(16)经过电源开关(22)后为微处理器(14)、定位模块(12)、无线通信模块(17)、GSM模块(23)、三个超声波传感器(15)以及三个震动器(11)供电；所述应急按钮(8)、定位模块(12)、无线通信模块(17)、GSM模块(23)、三个超声波传感器(15)以及三个震动器(11)均与微处理器(14)电连接；
所述拐杖把手(1)由两个铰接在一起的半壳体组成，且两个半壳体对开后呈圆环形充电结构；所述圆环形充电结构内设有无线充电线圈(5)；所述无线充电线圈(5)经过充电电路后与充电电池(16)的充电端电连接；两个半壳体中的一个固定安装在连接管(3)后端的管口上。
2.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述连接管(3)内设有电动风扇(9)；所述拐杖把手(1)上设有至少一个通风孔(6)；所述连接管(3)与拐杖把手(1)内部连通；所述充电电池(16)为电动风扇(9)供电，所述微处理器(14)通过电机驱动电路驱动电动风扇(9)转动；所述拐杖把手(1)的内壁上且靠近其中一个通风孔(6)处设有湿度传感器(24)；所述充电电池(16)为湿度传感器(24)供电；所述微处理器(14)与湿度传感器(24)电连接。
3.根据权利要求1或2所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述连接管(3)前端的管口处设有滤网(10)。
4.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述拐杖把手(1)的外壁上设有内部嵌入发热丝的发热外层(4)；所述充电电池(16)经过温控开关后为发热外层(4)内的发热丝供电；所述微处理器(14)控制温控开关的通断；所述拐杖把手(1)内设有温度传感器(7)；所述充电电池(16)为温度传感器(7)供电；所述微处理器(14)与温度传感器(7)电连接。
5.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述拐杖柱体(2)的下端包裹有太阳能薄膜电池(18)，所述太阳能薄膜电池(18)经过充电电路后与充电电池(16)的充电端电连接。
6.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述拐杖柱体(2)的外壁上设有水银开关(20)和报警器(13)；所述水银开关(20)与拐杖柱体(2)的轴向相平行；所述水银开关(20)和报警器(13)均与微处理器(14)电连接。
7.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：还包括一个分压电路，所述分压电路的分压端连接至微处理器(14)的A/D采集端；所述分压电路的高压端连接至电源开关(22)的输出端，低压端接地；所述拐杖柱体(2)的外壁上设有与微处理器(14)电连接的蜂鸣器(25)。
8.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述微处理器(14)为单片机、DSP、FPGA或CPLD。
9.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于：所述定位模块(12)为北斗定位模块或GPS定位模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |