CN109009904A - 一种智能导盲杖 - Google Patents

Abstract

本发明属于手杖技术领域，公开了一种智能导盲杖，包括中央控制器、避障子系统、语音交互子系统、娱乐子系统；中央控制器分别与避障子系统、语音交互子系统、娱乐子系统电连接；避障子系统包括双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器；语音交互子系统包括语音识别模块、语音播报模块；娱乐子系统包括ARM控制模块、存储器。本发明解决了现有技术中导盲杖的安全性较差、不具备娱乐性的问题，达到了提高安全性，满足娱乐需求的技术效果。

Description

一种智能导盲杖

技术领域

本发明涉及手杖技术领域，尤其涉及一种智能导盲杖。

背景技术

盲人由于丧失视力在日常生活中会遇到很多阻碍，尤其是出行困难。为此，市场上出现了一些具有部分智能功能的导盲杖，通常这些导盲杖只具备简单的障碍检测功能，功能较单一，且探测的范围较小，由于通常采用红外测距或超声测距的方式，导致只能探测体积较大的障碍物，安全性较差。此外，现有的导盲杖并不具有娱乐功能，而盲人独自行走的情况又较多，因此现有的导盲杖难以满足盲人的生活需求。

发明内容

本申请实施例通过提供一种智能导盲杖，解决了现有技术中导盲杖的安全性较差、不具备娱乐性的问题。

本申请实施例提供一种智能导盲杖，包括：中央控制器、避障子系统、语音交互子系统、娱乐子系统；所述中央控制器分别与所述避障子系统、所述语音交互子系统、所述娱乐子系统电连接；

所述避障子系统包括双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器；所述语音交互子系统包括语音识别模块、语音播报模块；所述娱乐子系统包括ARM控制模块、存储器；

所述中央控制器用于接收和处理数据信息，并对各模块进行控制；

所述避障子系统用于获得道路信息，并将所述道路信息通过所述中央控制器进行处理后传输至所述语音播报模块；

所述语音识别模块用于识别来自用户的娱乐控制信息，并将所述娱乐控制信息传输至所述中央控制器；

所述ARM控制模块用于接收所述中央控制器传递来的娱乐控制信息，根据所述娱乐控制信息在所述存储器中进行搜索，并将搜索到的娱乐信息通过所述中央控制器处理后传输至所述语音播报模块；

所述语音播报模块用于接收所述中央控制器传递来的道路信息、娱乐信息，并提供语音播报服务。

优选的，所述娱乐子系统还包括WIFI通信模块、数据库，所述WIFI通信模块分别与所述ARM控制模块、所述数据库连接；

所述ARM控制模块在所述存储器中搜索不到娱乐信息时，通过所述WIFI通信模块访问所述数据库，获得娱乐信息。

优选的，所述智能导盲杖还包括GPS定位子系统，所述GPS定位子模块与所述中央控制器电连接；所述GPS定位子系统用于定位、导航。

优选的，所述智能导盲杖还包括GPRS通信模块；所述GPRS通信模块用于接入移动基站。

优选的，所述智能导盲杖还包括一键呼叫子系统，所述一键呼叫子系统与所述中央控制器电连接；所述一键呼叫子系统用于将当前位置信息和预设报警信息通过所述GPRS通信模块发送至预设终端。

优选的，所述智能导盲杖还包括供电子系统；所述供电系统采用锂电池，用于给智能导盲杖进行供电。

优选的，所述红外测距传感器采用GP2Y0A02YK0F测距传感器，所述超声波传感器采用TELESKY HC-SR04超声波模块。

优选的，所述语音识别模块采用LD3320语音识别芯片，所述语音播报模块采用YS-M3语音播放模块。

优选的，所述GPS定位子系统采用UBX-G7020定位芯片。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的避障子系统包括双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器，利用安装在拐杖上的双目视觉传感器能够拍摄更大视线范围内的障碍物，在光线昏暗的情况下，红外测距传感器和超声波传感器仍可完成测距功能，弥补双目视觉传感器易受外界环境影响的不足。此外，通过娱乐子系统和语音交互子系统的配合，用户通过语音说出关键词后，语音识别模块进行识别，并将识别后的信息传输至ARM控制模块，ARM控制模块搜索存储器内的相应内容，搜索到的内容通过语音播报模块进行播报，从而满足用户独处时的娱乐需要，增加了用户的幸福指数。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能导盲杖的功能示意图；

图2为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中娱乐子模块的工作流程图；

图3为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中避障子模块的工作流程图；

图4为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中红外测距传感器的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中超声波发射电路的原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中双目视觉传感器的测距原理示意图；

图7为本发明实施例提供的一种智能导盲杖中一键呼叫子系统的工作流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种智能导盲杖，如图1所示，包括：中央控制器、避障子系统、语音交互子系统、娱乐子系统、GPS定位子系统、GPRS通信模块、一键呼叫子系统、供电子系统。

所述中央控制器分别与所述避障子系统、所述语音交互子系统、所述娱乐子系统、GPS定位子系统、GPRS通信模块、一键呼叫子系统、供电子系统电连接。

所述避障子系统包括双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器。所述语音交互子系统包括语音识别模块、语音播报模块。所述娱乐子系统包括ARM控制模块、存储器、WIFI通信模块、数据库。

所述中央控制器用于接收和处理数据信息，并对各模块进行控制。

所述避障子系统用于获得道路信息，并将所述道路信息通过所述中央控制器进行处理后传输至所述语音播报模块。

所述语音识别模块用于识别来自用户的娱乐控制信息，并将所述娱乐控制信息传输至所述中央控制器。

所述ARM控制模块用于接收所述中央控制器传递来的娱乐控制信息，根据所述娱乐控制信息在所述存储器中进行搜索，并将搜索到的娱乐信息通过所述中央控制器处理后传输至所述语音播报模块。所述ARM控制模块在所述存储器中搜索不到娱乐信息时，通过所述WIFI通信模块访问所述数据库，获得娱乐信息，所述娱乐信息传输至所述语音播报模块。

所述语音播报模块用于接收所述中央控制器传递来的道路信息、娱乐信息，并提供语音播报服务。

所述GPS定位子系统用于定位、导航。

所述GPRS通信模块用于接入移动基站。

所述一键呼叫子系统用于将当前位置信息和预设报警信息通过所述GPRS通信模块发送至预设终端。

所述供电系统采用锂电池，所述锂电池可拆卸，用于给智能导盲杖进行供电。

下面对各系统做进一步的说明。

如图2所示，实现娱乐功能需要娱乐子系统和语音交互子系统进行配合，中央控制器对实现娱乐功能的信号进行处理、控制。当用户说语音输入关键词(即娱乐控制信息)后，所述语音识别模块对关键词进行识别，将识别后的数据传送到所述ARM控制模块中，所述ARM控制模块先根据数据搜索存储器(即本地内存)是否有存储相应内容，若有则直接通过所述语音播报模块进行播报，若没有则通过所述WIFI通信模块访问所述数据库，从所述数据库传回用户所需的数据缓存到所述存储器中，再通过所述语音播报模块进行播报。

语音交互子系统具体可以通过以下方式实现：采用LD3320语音识别模块和YS-M3语音播放模块。语音交互子系统能够实现用户与设备进行语音交互，实现对各种设备的控制。LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片。LD3320芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。LD3320芯片不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。YS-M3语音播放模块具备9个直接触发端口，是A1-A9这9根排针。这9个端口同时对应9首MP3语音文件，分别是第一首到第九首。YS-M3语音播放模块除了直接触发9首MP3的功能外还具备31首MP3的编码点播功能。

在联网状态下可下载娱乐信息至存储器，用户可随时使用导盲杖所包含的语音点歌、听音识曲等娱乐功能。语音被编码成为一个压缩的数字文件，其中包含着所有有用的信息。可用信息经语音识别模块处理后，传递到ARM控制模块，进而调用存储器或数据库，实现功能。基于此功能，用户只需要说出歌曲、专辑或者乐队的名字，就可以收听到喜欢的歌曲，例如用户语音输入“播放《女儿情》这首歌”或“播放周杰伦的歌曲”，ARM控制模块将自动搜索播放。在使用过程中，用户也可通过语音实现播放、跳过、缓冲和暂停等指令，满足了用户独处时的娱乐需要，增加了用户的幸福指数。

如图3所示，实现避障功能需要避障子系统和语音交互子系统进行配合，中央控制器对实现避障功能的信号进行处理、控制。避障子系统主要依靠数据采集模块(即双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器)采集前方道路情况，采集后送到中央控制器进行数据处理，数据处理包括图像识别及障碍物距离计算等。中央控制器将处理后的数据转化成可由所述语音播报模块识别的数据。最后将数据传递给语音播报模块进行播报，让用户实时得知前方是否有障碍物。

其中，所述红外测距传感器可采用GP2Y0A02YK0F传感器，为一款距离测量传感器模块，原理如图4所示。红外测距传感器由位置灵敏探测器、红外发光二极管、信号处理电路这三个部分组成。由于采用了三角测量方法，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离，通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离，GP2Y0A02YK0F传感器的精确测量范围为20cm至150cm，非常适用于中短距离测量。

采用所述超声波传感器是为了补足红外测距传感器测距范围不足和无法对透明物体进行测距的缺点，具体的可采用TELESKY HC-SR04传感器。TELESKY HC-SR04传感器的使用方法简单，一个控制口发一个10us以上的高电平就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测就可以达到移动测量的值。测试距离＝(高电平时间*声速(340m/s))/2。超声波发射电路原理图如图5所示。

采用的所述双目视觉传感器用来辨认障碍物的形状及大小，测距本质上是三角测距法，由于两个摄像头的位置不同，就像人的两只眼睛一样，看到的物体不一样。两个摄像头看到的同一个点，在成像的时候会有不同的像素位置，此时通过三角测距就可以测出这个点的距离。再配合相关图像算法和传感器内嵌视觉卡，得到障碍物的大小和形状信息。双目视觉传感器测距原理如图6所示。

本发明利用安装在拐杖上的双目视觉传感器能够拍摄3米视线范围内的障碍物，并实时传送给中央控制器进行图像处理，通过语音播报提示视障人群前方路况。本发明利用多传感器融合技术，在光线昏暗的情况下，红外测距传感器和超声波传感器仍可完成测距功能，能够弥补双目视觉传感器易受外界环境影响的不足。根据盲人的活动范围及周边环境，实时调整语音提示内容，达到精准避障的效果。

当视障人士遇到突发疾病、交通事故、意外摔倒等突发状况时，按下安装在拐杖上的报警按钮即可拨打预设的亲人号码并同时发送短信给家人，在当事人无能力解释突发事件时，短信可帮助家人了解视障人士发生的危险。同时GPS定位功能可详细的显示用户位置，方便家人及时赶到他们身边进行营救。

GPS定位子系统主要是起定位作用，当用户语音查询自己所处位置时，导盲杖通过语音交互子系统向用户播报定位，同时也可将定位信息发送至预设终端(如家人的手机APP)上。

即GPS定位功能的使用分三方面：

(1)帮助用户确定自己的位置。视障人士外出时，通过语音输入“定位”，可以实时查询自己身处何地，可以有效防止走失。

(2)辅助一键呼叫功能。当用户发生意外时，按下报警按键，此时用户家人可通过终端(如手机APP)查看用户所处位置，及时进行援救。

(3)导盲杖防丢失。当用户因意外情况遗失导盲杖时，家人可以通过手机APP中的定位信息寻找产品。

所述GPS定位子模块可采用UBX-G7020芯片，UBX-G7020芯片是u-blox最新推出的独立式定位芯片，其高性能的multi-GNSS定位引擎可提供优异的灵敏度和快速的捕获时间。由于采用了创新性的单芯架构和先进的软件算法，UBX-G7020拥有业界一流的超低功耗。扩展的电压范围和兼容1.8V及3.0V I/O，使其适合广泛的用户应用。先进的RF架构，再加上主动使用连续波检测的干扰抑制功能，保证即使在恶劣的环境中也能最大限度地表现优异的GPS/GNSS性能。

一键呼叫子系统的工作流程如图7所示，采用GPRS模块，预置电话号码，在紧急情况下，一键就能拨出电话。GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

一键呼叫子系统通过按下拐杖上的报警按键来启动，当报警按键按下时，传送信号到中央控制器，当中央控制器识别以后启动GPRS通信模块，即刻拨出预置(如通过手机APP预设)在GPRS通信模块内的电话号码，实现一键呼叫功能。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种智能导盲杖，其特征在于，包括：中央控制器、避障子系统、语音交互子系统、娱乐子系统；所述中央控制器分别与所述避障子系统、所述语音交互子系统、所述娱乐子系统电连接；

所述避障子系统包括双目视觉传感器、红外测距传感器、超声波传感器；所述语音交互子系统包括语音识别模块、语音播报模块；所述娱乐子系统包括ARM控制模块、存储器；

所述中央控制器用于接收和处理数据信息，并对各模块进行控制；

所述避障子系统用于获得道路信息，并将所述道路信息通过所述中央控制器进行处理后传输至所述语音播报模块；

所述语音识别模块用于识别来自用户的娱乐控制信息，并将所述娱乐控制信息传输至所述中央控制器；

所述ARM控制模块用于接收所述中央控制器传递来的娱乐控制信息，根据所述娱乐控制信息在所述存储器中进行搜索，并将搜索到的娱乐信息通过所述中央控制器处理后传输至所述语音播报模块；

所述语音播报模块用于接收所述中央控制器传递来的道路信息、娱乐信息，并提供语音播报服务。

2.根据权利要求1所述的智能导盲杖，其特征在于，所述娱乐子系统还包括WIFI通信模块、数据库，所述WIFI通信模块分别与所述ARM控制模块、所述数据库连接；

所述ARM控制模块在所述存储器中搜索不到娱乐信息时，通过所述WIFI通信模块访问所述数据库，获得娱乐信息。

3.根据权利要求1或2所述的智能导盲杖，其特征在于，还包括GPS定位子系统，所述GPS定位子模块与所述中央控制器电连接；所述GPS定位子系统用于定位、导航。

4.根据权利要求3所述的智能导盲杖，其特征在于，还包括GPRS通信模块；所述GPRS通信模块用于接入移动基站。

5.根据权利要求4所述的智能导盲杖，其特征在于，还包括一键呼叫子系统，所述一键呼叫子系统与所述中央控制器电连接；所述一键呼叫子系统用于将当前位置信息和预设报警信息通过所述GPRS通信模块发送至预设终端。

6.根据权利要求1或2所述的智能导盲杖，其特征在于，还包括供电子系统；所述供电系统采用锂电池，用于给智能导盲杖进行供电。

7.根据权利要求1所述的智能导盲杖，其特征在于，所述红外测距传感器采用GP2Y0A02YK0F测距传感器，所述超声波传感器采用TELESKYHC-SR04超声波模块。

8.根据权利要求1所述的智能导盲杖，其特征在于，所述语音识别模块采用LD3320语音识别芯片，所述语音播报模块采用YS-M3语音播放模块。

9.根据权利要求3所述的智能导盲杖，其特征在于，所述GPS定位子系统采用UBX-G7020定位芯片。