CN106963604A - 一种自动更新人机对话智能导盲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种自动更新人机对话智能导盲装置，底盘连接CPU中央处理器，底盘连接电机，电机连接转轮，底盘连接外壳，外壳连接手柄，底盘下方设置有四个雷达传感器，CPU中央处理器连接语音模块，语音模块连接语音器，语音模块连接扬声器，CPU中央处理器连接信号接收及处理器，信号接收及处理器连接球形雷达传感器，球形雷达传感器设置在外壳外侧顶端中心处，信号接收及处理器连接四个雷达传感器，本发明通过语音模块进行人声转换，实现了人机对话操作的功能，通过使用菱形节点连接设计、球形装置，实现了手柄长度的自由伸缩，360°自由旋转，无死角，转轮采用行星轮结构，实现了自主翻越障碍，方便转弯的功能。
Description
技术领域
本发明涉及电子导盲设备领域，具体的说是一种自动更新人机对话智能导盲装置。
背景技术
盲人是残疾人当中一个特殊的群体，他们由于先天或后天的生理缺陷丧失了视觉资讯，然而视觉资讯是人类获得知识和经验的主要来源，因此，盲人在日常生活和安全行进方面受到很大的制约，在现实生活中，大多数的盲人都是通过普通的盲杖来辅助行走的，这种盲杖只是一根普通的长杆，它只能探测局部的障碍物，存在着太多的不足，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，这也使导盲犬的使用率并不高。
为了协助盲人安全行进，提高他们的生活质量，世界各国一直在进行着电子导盲系统的研制，已经成功研制的电子导盲系统大体可以分为四类：超声波导盲仪、移动式机器人、穿戴式导盲仪和导引式手仗。
我国是世界上盲人最多的国家，约有500万盲人，占全世界盲人总数的18％，就绝对数字而言，中国盲人总数早已超过诸如丹麦、芬兰或挪威等国家的人口，在我国每年约有45万人失明，如果允许目前的趋势继续保持不变，到2020年预期我国的盲人总数将增加4倍，我国盲人目前的导盲辅具普遍是普通盲杖，随着科技的快速发展，这种落后的导盲辅具已经无法满足现代化生活的需要，盲人发生交通事故的事件也屡屡发生，无论是电子导盲仪庞大的市场需求，还是落后的导盲辅具与现代化生活的矛盾，都将推动电子导盲仪的快速发展。
盲人由于失去了视觉资讯，不能及时准确地躲避障碍物，GPS智能导盲仪是一种协助盲人安全行进的重要辅具，在现代化城市交通系统中存在红绿灯、盲道、斑马线等信息，这些都是盲人安全行进的基础保障，而目前的电子导盲仪还不能完全识别判断这些交通信息。
因此，为克服上述技术的不足而设计出一款能实现识别红绿灯、盲道、斑马线，具有通过GPS定位和GPRS向盲人提示其当前所在位置的功能的一种自动更新人机对话智能导盲装置，正是发明人所要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动更新人机对话智能导盲装置，能实识别红绿灯、盲道、斑马线，具有通过GPS定位和GPRS向盲人提示其当前所在位置的功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动更新人机对话智能导盲装置，其包括手柄、转轮、语音器、液晶屏、球形雷达传感器、警示灯、扬声器、电源接头、雷达传感器、底盘、外壳、电池组、电机、显示模块、语音模块、信号接收及处理器、CPU中央处理器，所述底盘连接CPU中央处理器，所述底盘连接电机，所述电机连接转轮，所述底盘连接外壳，所述外壳连接手柄，所述底盘下方设置有四个雷达传感器，所述CPU中央处理器连接语音模块，所述语音模块连接语音器，所述语音模块连接扬声器，所述CPU中央处理器连接显示模块，所述显示模块连接液晶屏，所述CPU中央处理器连接电池组，所述电池组连接电源接头，所述电源接头设置在外壳侧面底边中部，所述CPU中央处理器连接信号接收及处理器，所述信号接收及处理器连接球形雷达传感器，所述球形雷达传感器设置在外壳外侧顶端中心处，所述信号接收及处理器连接四个雷达传感器，CPU中央处理器连接警示灯。
进一步，所述四个雷达传感器分别设置在底盘下方四条边缘中间处，所述球形雷达传感器、雷达传感器一起进行360°圈方位扫描。
进一步，所述手柄长杆处为菱形伸缩结构，所述手柄与外壳连接一端设置有360°旋转球形装置。
进一步，所述外壳上前方、上后方分别开有蜂窝状网孔，所述语音器设置在外壳上后方网孔所在位置内侧，所述扬声器设置在上前方网孔所在位置内侧，所述液晶屏设置在上后方网孔上方，所述警示灯设置在上后方网孔上方。
进一步，所述转轮为行星轮结构，所述转轮三个分支呈120°夹角。
进一步，所述CPU中央处理器、语音器、扬声器、警示器、信号接收及处理器、球形雷达传感器、雷达传感器、液晶屏、电机、语音模块、显示模块均由电池组提供电源。
进一步，所述语音模块识别人声语音，转化控制信号传输给CPU中央处理器。
进一步，所述导盲装置长度530mm、宽度420mm、高300mm。
进一步，所述导盲装置系统地理位置信息即时自动更新，同时具有GPS定位、语音导航功能。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过语音模块进行人声转换，实现了人机对话操作的功能。
2.本发明手柄通过使用菱形节点连接设计，实现了手柄长度的自由伸缩。
3.本发明手柄通过使用球形装置，实现了360°自由旋转，无死角。
4.本发明转轮采用行星轮结构，实现了自主翻越障碍，方便转弯的功能。
附图说明
图1是本发明主视图。
图2是本发明系统框图。
图3是本发明电源转换电路图。
图4是本发明复位电路电路图。
图5是本发明电机控制主电路电路图。
图6是本发明通讯电路电路图。
图7是本发明过载检测电路电路图。
图8是本发明超声波接收电路电路图。
图9是本发明超声波发射电路电路图。
图10是本发明语音模块电路图。
图11是本发明显示模块电路图。
附图标记说明：1-手柄；2-转轮；3-语音器；4-液晶屏；5-球形雷达传感器；6-警示灯；7-扬声器；8-电源接头；9-雷达传感器；10-底盘；11-外壳；12-电池组；13-电机；14-显示模块；15-语音模块；16-信号接收及处理器；17-CPU中央处理器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1至2是本发明主视图、系统框图，其包括手柄1、转轮2、语音器3、液晶屏4、球形雷达传感器5、警示灯6、扬声器7、电源接头8、雷达传感器9、底盘10、外壳11、电池组12、电机13、显示模块14、语音模块15、信号接收及处理器16、CPU中央处理器17，底盘10连接CPU中央处理器17，底盘10连接电机13，电机13连接转轮2，底盘10连接外壳11，外壳11连接手柄1，底盘10下方设置有四个雷达传感器9，CPU中央处理器17连接语音模块15，语音模块15连接语音器3，语音模块15连接扬声器7，CPU中央处理器17连接显示模块14，显示模块14连接液晶屏4，CPU中央处理器17连接电池组12，电池组12连接电源接头8，电源接头8设置在外壳11侧面底边中部，CPU中央处理器17连接信号接收及处理器16，信号接收及处理器16连接球形雷达传感器5，球形雷达传感器5设置在外壳11外侧顶端中心处，信号接收及处理器16连接四个雷达传感器9，CPU中央处理器17连接警示灯6。
四个雷达传感器9分别设置在底盘10下方四条边缘中间处，球形雷达传感器5、雷达传感器9一起进行360°圈方位扫描，手柄1长杆处为菱形伸缩结构，手柄1与外壳11连接一端设置有360°旋转球形装置，外壳11上前方、上后方分别开有蜂窝状网孔，语音器3设置在外壳11上后方网孔所在位置内侧，扬声器7设置在上前方网孔所在位置内侧，液晶屏4设置在上后方网孔上方，警示灯6设置在上后方网孔上方，转轮2为行星轮结构，转轮2三个分支呈120°夹角，CPU中央处理器17、语音器3、扬声器7、警示器、信号接收及处理器16、球形雷达传感器5、雷达传感器9、液晶屏4、电机13、语音模块15、显示模块14均由电池组12提供电源，语音模块15识别人声语音，转化控制信号传输给CPU中央处理器17，导盲装置长度530mm、宽度420mm、高300mm，导盲装置系统地理位置信息即时自动更新，同时具有GPS定位、语音导航功能。
参见图3是本发明电源转换电路图，导盲仪的电源系统能量来源是直流便携式蓄电池，电源系统不仅考虑基本的电压和电流值，还要兼顾效率、噪声、纹波、体积、抗干扰等性能指标，MC34063是电路的核心元件，它是一种单片双极型线性集成电路，专用于DC/DC变换器控制电路，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比可控的振荡器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流，使用最少的外接元件能够构成开关式升压变换器、降压变换器和反向器，比较器的反相输入端通过外接分压电阻RP1、RP2监视输出电压，若RP1、RP2阻值稳定则U亦稳定，LM7805是常用的三端稳压器，能提供DC5V的输出电压，内含过流和过载保护电路，带散热片时能持续提供1A的电流，采用它提供DC5V，稳定可靠，噪声低，较高的纹波抑制比。
参见图4是本发明复位电路电路图，上电时，为了保证芯片内各个模块的正确复位，供电需要满足一定的时序，该电路先给所有+3.3V的电源引脚上电，再接通1.8V的芯片内核电源；当VDDIO的电压上升到2.5V时，VDD才上升到0.3V，这样能保证片内各个模块上电时能正确复位，掉电时，在VDD下降到1.5V之前，系统复位，这样才能保证在VDD、VDDIO掉电之前片内Flash模块正确复位，为此设计了基于TPS3838-K33电源检测芯片的复位电路：在VDD脚3.3V电压未完全建立前，RESET输出低电平有效，3.3V正常时输出高电平，此时再使能TPS767D318PW的EN1引脚，使其输出内核电压1.8V，从而完成正确上电，掉电时时序相反，复位电路主要包括上电复位电路与按键复位两种功能，STM32F103复位电路使用MAX809产生低电平进行复位。
参见图5是本发明电机控制主电路电路图，本发明选用国际整流公司MOSFET功率管IRF2807，采用IRF2807可以获得较快的开关速度，尤其适合驱动小功率电机，其内部漏源极间集成有反相快速恢复二极管，直接对MOS管起保护作用而不必外接，旁组电阻R用来检测电机的直流母线上的电流，该电流信号I由电阻R的压降测出，不但可以为电流环提供反馈电流信号，还可以通过实时监控电流防止电机过流发生故障，过流信号输入到功率桥的前级驱动芯片和DSP处理器中，在过流时及时封锁功率场效应管门极驱动信号。
参见图6是本发明通讯电路电路图，CAN总线采用多主串行通讯协议，具有高级别的安全性，可以有效的支持分布式实时控制，通信速率最高可达到1Mbps，CAN总线具有较强的抗干扰能力，能够在强噪声干扰和恶劣环境下可靠工作，CAN协议所具有的CRC检验功能保证了数据通信的可靠性，数据段长度最多为8个字节，CAN协议所具有的位仲裁机制保证数据传输的准确性，TMS320F2812集成了增强型CAN总线接口，与CAV2.0B标准完全兼容，集成32位的eCAN控制器，它可以接收和发送11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧，STM32F103VCCAN接口兼容规范2.0A和2.0B，位速率高达1兆位/秒，它可以接收和发送11位标识符的标准帧，也可以接收和发送29位标识符的扩展帧，具有3个发送邮箱和2个接收FIFO，3级14个可调节的滤波器，电路设计中，CAN控制器采用控制芯片各自集成的CAN控制器，再采用两个SN65HVD230收发器组成CAN通信数据链路。
参见图7是本发明过载检测电路电路图，当电机13发生过载，堵转情况时，电机13电流过大会损坏电机和控制系统电路，为了避免这种情况，设计了电路过载保护模块，通过对电机电枢回路双H桥底部与功率地连接处串联0.1欧姆的采样电阻，它的作用是采样电机13电枢电流在采样电阻上所形成的采样电压，将采样电压用V_Sample_L表示，由于系统选用的是PWM驱动电机，因而采样电阻得到的采样电压是频率为PWM频率的脉动电压信号，数值较小、变化较大，不适用使能控制信号，故将此电压经过放大、比较电路才能得到理想的信号，最后送入DSP的ADC中，实时检测电流变化，出现异常立即断电停车。
参见图8是本发明超声波接收电路电路图，超声波接收电路采用集成电路CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器，考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路，其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力，适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。
参见图9是本发明超声波发射电路电路图，超声换能器外加电压的大小是决定探测距离远近的一个重要因素，外加电压能影响换能器内部压电陶瓷材料的电场强度，进而影响振膜形变量和压电转换效率，采用MAX232作为超声发射换能器的电压驱动芯片，产生的驱动峰峰电压较低，最高也仅有7v左右，电路中以推挽的方式来增大超声发射换能器的发射驱动电压，提高压电转换效率，MAX232可将5v左右的TTL电平转换成9.2v左右的232电平，峰峰值可达18.5v，探测距离可达5m，占空比也近似50％。以10个周期为一个序列，两个序列之间相隔32768us，即T1定时器溢出的时间，当T1溢出时，系统显示错误并重新发射超声波进入到下一次测量。
参见图10是本发明语音模块电路图，语音模块15采用WT588D语音模块，I/O接口多，可重复擦除烧写，还可以结合按键实现声音的各种组合与调整。
参见图11是本发明显示模块电路图，显示模块14采用LCD1602。用3.3V供电电压，主要采用数字量输出，结构相对简单，但模块的精度相对高，响应的时间比较短，可靠性高且低功耗，使用起来比较方便。
Claims (9)
1.一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：包括手柄、转轮、语音器、液晶屏、球形雷达传感器、警示灯、扬声器、电源接头、雷达传感器、底盘、外壳、电池组、电机、显示模块、语音模块、信号接收及处理器、CPU中央处理器，所述底盘连接CPU中央处理器，所述底盘连接电机，所述电机连接转轮，所述底盘连接外壳，所述外壳连接手柄，所述底盘下方设置有四个雷达传感器，所述CPU中央处理器连接语音模块，所述语音模块连接语音器，所述语音模块连接扬声器，所述CPU中央处理器连接显示模块，所述显示模块连接液晶屏，所述CPU中央处理器连接电池组，所述电池组连接电源接头，所述电源接头设置在外壳侧面底边中部，所述CPU中央处理器连接信号接收及处理器，所述信号接收及处理器连接球形雷达传感器，所述球形雷达传感器设置在外壳外侧顶端中心处，所述信号接收及处理器连接四个雷达传感器，CPU中央处理器连接警示灯。
2.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述四个雷达传感器分别设置在底盘下方四条边缘中间处，所述球形雷达传感器、雷达传感器一起进行360°圈方位扫描。
3.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述手柄长杆处为菱形伸缩结构，所述手柄与外壳连接一端设置有360°旋转球形装置。
4.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述外壳上前方、上后方分别开有蜂窝状网孔，所述语音器设置在外壳上后方网孔所在位置内侧，所述扬声器设置在上前方网孔所在位置内侧，所述液晶屏设置在上后方网孔上方，所述警示灯设置在上后方网孔上方。
5.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述转轮为行星轮结构，所述转轮三个分支呈120°夹角。
6.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述CPU中央处理器、语音器、扬声器、警示器、信号接收及处理器、球形雷达传感器、雷达传感器、液晶屏、电机、语音模块、显示模块均由电池组提供电源。
7.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述语音模块识别人声语音，转化控制信号传输给CPU中央处理器。
8.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述导盲装置长度530mm、宽度420mm、高300mm。
9.根据权利要求1所述的一种自动更新人机对话智能导盲装置，其特征在于：所述导盲装置系统地理位置信息即时自动更新，同时具有GPS定位、语音导航功能。
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