CN108201203A - 智能盲人拐杖 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种智能盲人拐杖，包括拐杖把手、拐杖本体、腕带、主控制器、光敏传感器、LED灯、超声波传感器、震动器、热释红外传感器、摔倒检测模块、语音模块、GPS定位模块、GSM模块、遥控器、电源、以及FM发射接收模块，其能够检测路面障碍物，反馈给盲人，也能在光线较弱的情况下通过发光提示路人，还能够接收收音机信号，具有娱乐功能，遇到需救助的情况还可以将GPS信号和求助信息发送给指定的人，更好的保障盲人的安全。

Description

智能盲人拐杖

技术领域

本发明具体涉及一种智能盲人拐杖。

背景技术

拐杖是一种辅助行走的简单器械，通常是一根木制或金属棍子顶端有一个把手，充当行走时的“第三条腿”，从而保持身体稳定。现在也有三足或四足的，加强防滑作用，有的还结合了一个折叠小凳子。拐杖一般是老人和残疾人使用。盲人作为一个特殊群体，通常需要通过拐杖进行寻路，通常都采用底端带有活动方向轮的拐杖。常见的拐杖包括拐杖本体、导向器、活动方向轮和拐杖本体上端的手柄，导向器设于拐杖本体底部，活动方向轮设置在导向器上。但是申请人发现使用现有的拐杖使用不方便、行走不快捷，功能过少。

随着科技的进展，市场上出现了各式各样的拐杖，还有专门针对盲人使用的，但市场上出现的盲人拐杖功能比较单一，对盲人出行没有带来多少便利。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于超声波和热释红外传感的盲人拐杖，其不仅能够检测路面障碍物，反馈给盲人，同时也能在光线较弱的情况下通过发光提示对向路人行走，还具备一定的娱乐功能，可以收听收音机节目，并且具备求助功能，遇到困难时可以及时得到救助。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种智能盲人拐杖，包括拐杖把手、拐杖本体、腕带、主控制器、光敏传感器、LED灯、超声波传感器、震动器、热释红外传感器、摔倒检测模块、语音模块、GPS定位模块、GSM模块、遥控器、电源、FM发射接收模块以及A/D转换器，

所述拐杖把手和拐杖本体直接相连，形成呈L形的拐杖；

所述腕带为柔软的带状织物，连接在拐杖把手的近人端；

所述主控制器位于拐杖本体内部，所述主控制器通过AT指令控制LED灯、震动器、语音模块、GSM模块和FM发射接收模块，所述主控制器还包括用于接收遥控器发出的控制信号的红外接收头；

所述光敏传感器设置在拐杖本体的上部，用于检测外部光照强度信号，并将光照强度信号通过A/D转换器传送到主控制器；

所述超声波传感器有三个，分别位于拐杖本体的上、中、下三个位置，超声波传感器将探测到的超声波反射信号通过A/D转换器传送至主控制器；

所述震动器设置在拐杖把手上部，由主控制器通过AT指令控制，用于提示障碍物信息，障碍物越近震动功率越大；

所述热释红外传感器有三个，位置分别与三个超声波传感器并列放置，热释红外传感器将探测到的热释红外信号通过A/D转换器传送至主控制器；

所述摔倒检测模块设置在拐杖本体的中部，包括陀螺仪和加速度传感器，并将检测到的角速度和加速度信息通过A/D转换器传送至主控制器；

所述语音模块设置在拐杖本体的上部，根据控制器的命令播放预设的提示语音或报警声；

所述GPS定位模块安装在拐杖本体内部，对拐杖本体的经纬度进行定位；

所述GSM模块用于实现拐杖的通信功能，通过主控制器发送AT指令给GSM模块，控制GSM模块拨通电话或发送短信；

所述遥控器佩带在盲人身上，遥控器上有红外发射头，所述遥控器还含有一个紧急救助按钮；

所述电源为拐杖各部分供电，电源具体为安放在拐杖柱身表面的可拆卸充电电池；

所述FM发射接收模块主体位于拐杖本体内部，探头伸出拐杖本体外部，FM发射接收模块频道转换和音量大小由主控制器发送的AT指令控制。

进一步地，本发明所述的智能盲人拐杖中，所述主控制器采用型号为STM32ZET6的芯片。

进一步地，本发明所述的智能盲人拐杖中，所述遥控器采用NEC编码的型号为HS-021的遥控器。

进一步地，本发明所述的智能盲人拐杖中，所述的语音模块以ISD4004或ISD1820为核心芯片。

进一步地，本发明所述的智能盲人拐杖中，所述光敏传感器包括光敏电阻。

进一步地，本发明所述的智能盲人拐杖中，所述主控制器上的红外接收头的的型号为HX1838。

本发明的有益效果：

（1）对障碍物的检测更加灵敏和智能，不仅能够检测路面障碍物，反馈信息给盲人，障碍物靠近时，通过震动进行提示，震动越强表示障碍物越近；而且遇到可移动的人或动物，还可以给出语音提示；

（2）在光线较弱的情况下通过LED灯发光提示路人，以防在暗处被忽然经过的人或车碰撞伤害；

（3）能够接收听收音机信号，具有娱乐功能；

（4）遇到需救助的情况还可以将GPS信号和求助信息发送给指定的人，同时可以发出语音求助信号，引起路人注意，更好的保障盲人的安全。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明智能盲人拐杖的结构示意图；

图2是本发明智能盲人拐杖的主控制器的控制原理示意图；

图中：1-拐杖把手、2-拐杖本体、3-腕带、4-主控制器、5-光敏传感器、6-LED灯、7-超声波传感器、8-震动器、9-热释红外传感器、10-摔倒检测模块、11-语音模块、12-GPS定位模块、13-GSM模块、14-遥控器、15-电源、16-FM发射接收模块、17-红外接收头、18-红外发射头、19-紧急救助按钮、20-A/D转换器。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

如图1所示的智能盲人拐杖，包括拐杖把手1、拐杖本体2、腕带3、主控制器4、光敏传感器5、LED灯6、超声波传感器7、震动器8、热释红外传感器9、摔倒检测模块10、语音模块11、GPS定位模块12、GSM模块13、遥控器14、电源15、FM发射接收模块16以及A/D转换器20，所述拐杖把手1和拐杖本体2直接相连，形成呈L形的拐杖；所述腕带3为柔软的带状织物，连接在拐杖把手的近人端。使用时，可以将拐杖连接在手腕处，防止拐杖意外滑落带来不便。

主控制器4位于拐杖本体2内部，主控制器4采用型号为STM32ZET6的芯片；主控制器4内部存储有时间信息、闹钟设定信息、电话和短信接收方号码。主控制器4通过AT指令控制LED灯6、震动器8、语音模块11、GSM模块13和FM发射接收模块16还包含用于接收遥控器14发出的控制信号的红外接收头17；所述主控制器4上的红外接收头17的型号为HX1838。

光敏传感器5设置在拐杖本体2的上部，用于检测外部光照强度信号，并将检测到的光照强度信号通过A/D转换器20传送至主控制器4，当光照强度持续小于设定阈值时，信号传送到主控制器4，控制LED灯6发光；所述光敏传感器5包括光敏电阻，当光照强度变弱时，所述光敏电阻的阻值变大，当所述光敏电阻的阻值持续大于设定阈值时，说明周围环境亮度低于设定水平，主控制器4发出控制命令，使得位于拐杖本体2上部的LED灯6发光。

超声波传感器7有三个，分别位于拐杖本体2的上、中、下三个位置，超声波传感器7将检测到的超声波反射信号通过A/D转换器20传送至主控制器4。具体工作时，主控制器4利用内置的一个定时器设定超声波传感器，每2秒发射一次超声波，同时利用内置的另一个定时器对反射回来的超声波的接收时间间隔进行计时，根据时间间隔结合超声波在空气中的传播速度240m/s计算出三个超声波测得的前方障碍物的距离，对算得的三个距离进行排序，以最小距离作为前方障碍物的距离。震动器8设置在拐杖把手1上部，由主控制器(4)通过AT指令控制，用于提示障碍物信息。当最小距离为50 cm时，主控制器控制震动器震动，震动器的工作频率为100Hz~300Hz，最小距离越小，振动频率越大。

热释红外传感器9有三个，位置分别与三个超声波传感器7并列放置，热释红外传感器9将探测到的热释红外信号通过A/D转换器20传送至主控制器4，用于判断障碍物是否是人或动物，主控制器4判断为人或动物时，控制语音模块11发出合适的提示音。

摔倒检测模块10设置在拐杖本体2的中部，包括陀螺仪和加速度传感器，并将检测到的角速度和加速度信息通过A/D转换器20传送至主控制器4，主控制器4读取陀螺仪和加速度传感器测得的角速度及加速度信息，并进行卡尔曼滤波处理和欧拉拟合得到拐杖柱身的俯仰角和偏航角，进一步计算出两个角度的加速度，当两个角度的加速度达到2 m/s²时，判定为拐杖本体2倒地，此时主控制器4通过语音模块11发出报警声；若在30s内使用者没有触发拐杖上的语音模块11关闭按键，主控制器4将读取、记录GPS定位模块12的GPS定位信息，然后通过AT指令控制GSM模块13发送短信给提前通过遥控器14输入到主控制器4中的短信接收方；

语音模块11设置在拐杖本体2的上部，可以根据控制器4的命令播放预设的提示语音或报警声；语音模块11以ISD4004或ISD1820为核心芯片，该芯片具有存储功能，提前通过遥控器输入指定语音段存储在芯片内，在使用时主控制器4通过SPI协议对需要播放的语音段进行地址定位，通过语音模块11对信息进行播放；播放的信息包括当前行进方向、前方障碍物距离或经纬度信息。

GPS定位模块12安装在拐杖本体2内部，对拐杖本体2的经纬度进行定位；当主控制器4控制GSM模块13向指定手机发送包含经纬信息的短息或控制语音模块11进行语音定位播报时，都会向GPS定位模块12读取经纬信息；当使用者通过遥控器14设置语音播报拐杖当前前进方向时，主控制器4向GPS定位模块12读取经纬信息并通过语音模块11进行播报。

GSM模块13用于实现拐杖的通信功能，通过主控制器4发送AT指令给GSM模块，控制GSM模块13向指定手机拨通电话或发送短信。

遥控器14独立存在，可佩带在盲人身上，遥控器14上有红外发射头18，不同按键按下，主控制器通过安装在其上的红外接收头17接收到不同的编码信息，根据编码信息的不同确定用户所按下的按键，所述遥控器14还含有一个紧急救助按钮19，遇到突发状况时，发出语音求助并一键获取当前位置的经纬度，将信息发送给指定的联系人，指定的联系人是使用遥控器预先设定的；所述遥控器14采用NEC编码的型号为HS-021的遥控器，还能设置闹钟功能、收音机娱乐功能、GPS定位功能、摔倒检测功能、GSM通信功能、震动器功能的开启和关闭、可以设定电话和短信的接收方号码、闹钟的时分信息、FM播放频道和音量大小、对当前时间和方位信息的语音播报或指定语音段的输入。

电源15为拐杖各部分供电，具体为安放在拐杖柱身表面的可拆卸充电电池，所述电源15利用降压稳压电路将电池的电压转换成供主控制器和各个模块使用的电压，主控制器和各个模块使用的电压一般为5V。

FM发射接收模块16主体位于拐杖本体2内部，探头伸出拐杖本体外部，FM发射接收模块16频道转换和音量大小由主控制器4发送的AT指令控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能盲人拐杖，包括拐杖把手(1)、拐杖本体(2)、腕带(3)、主控制器(4)、光敏传感器(5)、LED灯(6)、超声波传感器(7)、震动器(8)、热释红外传感器(9)、摔倒检测模块(10)、语音模块(11)、GPS定位模块(12)、GSM模块(13)、遥控器(14)、电源(15)、FM发射接收模块(16)以及A/D转换器(20)，其特征在于，

所述拐杖把手(1)和拐杖本体(2)直接相连，形成呈L形的拐杖；

所述腕带(3)为柔软的带状织物，连接在拐杖把手的近人端；

所述主控制器(4)位于拐杖本体(2)内部，所述主控制器(4)通过AT指令控制LED灯(6)、震动器(8)、语音模块(11)、GSM模块(13)和FM发射接收模块(16)，所述主控制器(4)还包括用于接收遥控器(14)发出的控制信号的红外接收头(17)；

所述光敏传感器(5) 设置在拐杖本体(2)的上部，用于检测外部光照强度信号，并将光照强度信号通过A/D转换器(20)传送到主控制器(4)；

所述超声波传感器(7)有三个，分别位于拐杖本体(2)的上、中、下三个位置，超声波传感器(7)将探测到的超声波反射信号通过A/D转换器(20)传送至主控制器(4)；

所述震动器(8) 设置在拐杖把手(1)上部，由主控制器(4)通过AT指令控制，用于提示障碍物信息，障碍物越近震动功率越大；

所述热释红外传感器(9)有三个，位置分别与三个超声波传感器(7)并列放置，热释红外传感器(9) 将探测到的热释红外信号通过A/D转换器（20）传送至主控制器(4)；

所述摔倒检测模块(10) 设置在拐杖本体(2)的中部，包括陀螺仪和加速度传感器，并将检测到的角速度和加速度信息通过A/D转换器（20）传送至主控制器(4)；

所述语音模块(11) 设置在拐杖本体(2)的上部，根据控制器(4)的命令播放预设的提示语音或报警声；

所述GPS定位模块(12)安装在拐杖本体(2)内部，对拐杖本体(2)的经纬度进行定位；

所述GSM模块(13)用于实现拐杖的通信功能，通过主控制器(4)发送AT指令给GSM模块，控制GSM模块(13)拨通电话或发送短信；

所述遥控器(14)佩带在盲人身上，遥控器(14)上有红外发射头(18)，所述遥控器(14)还含有一个紧急救助按钮(19)；

所述电源(15)为拐杖各部分供电，电源(15)具体为安放在拐杖柱身表面的可拆卸充电电池；

所述FM发射接收模块(16)主体位于拐杖本体(2)内部，探头伸出拐杖本体外部，FM发射接收模块(16)频道转换和音量大小由主控制器(4)发送的AT指令控制。

2.根据权利要求 1所述的智能盲人拐杖，其特征在于，所述主控制器(4)采用型号为STM32ZET6的芯片。

3.根据权利要求 1所述的智能盲人拐杖，其特征在于，所述遥控器(14)采用NEC编码的型号为HS-021的遥控器。

4.根据权利要求 1所述的智能盲人拐杖，其特征在于，所述的语音模块(11)以ISD4004或ISD1820为核心芯片。

5.根据权利要求1所述的智能盲人拐杖，其特征在于，所述光敏传感器(5)包括光敏电阻。

6.根据权利要求 1所述的智能盲人拐杖，其特征在于，所述主控制器(4)上的红外接收头(17)的的型号为HX1838。