CN109141425A - 一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机 - Google Patents

Abstract

一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，涉及一种盲人耳机，包含发射端和接收端。发射端主要由若干LED灯分别安装在室内标记的地址，且每个LED灯对应一个唯一的地址编码，通过其明暗变化的光线向外传送所在处地址信息；接收端为包耳式耳机：通过光电转换模块接收LED灯光信号，且转换成电信号，通过解码模块解析电信号，转换成对应的地址编码，再通过地址库存储模块转换成对应的地址信息；通过盲文键盘输入目标点地址信息。本发明对盲人进行快速路线指导，方便，快捷，精准。另外本发明是一种节能设备，使用太阳能电池板作为储电设备，太阳能发电是一种新兴的再生能源，在现代一般多为发电或者储备电能进行使用，非常环保节能。

Description

一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机

技术领域

本发明涉及一种盲人耳机，特别是涉及一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机。

背景技术

国家统计局网站公布的数据显示中国是全世界盲人最多的国家之一，眼部疾病在中国也是一个主要的公共卫生问题。中国约有盲人600～700万，占世界盲人总数的18%，另有双眼低视力患者1200万。中国盲人数量早已超过诸如丹麦、芬兰、挪威等国家的人口数。盲人由于视力的缺陷，独自出行时需要导航定位设备的引导。目前，全球定位系统（GPS）的定位技术在室外定位中已经趋于成熟，但是室内环境中的无线电信号被建筑物阻挡，使得接收信号较弱，从而导致定位精度不能满足室内标准，因此GPS等卫星定位技术难以适用于室内环境。随着城市化的加剧，大型建筑的设计在功能愈加完备的同时结构也越来越复杂，室内定位技术的需求愈发强烈。因此，有效的针对盲人需求进行室内导航，可以确保盲人在室内安全、高效、可靠地进行活动，从而实现盲人室内导航技术智能化。

目前，室内导航定位方法主要基于WiFi，超声波，红外线定位等，但都存在一定问题。相比于这些定位技术，基于LiFi通信的室内定位技术具有低能耗，精度高，实时性强的特点，可以解决现有定位技术接收信号弱，使用范围小，易受干扰等问题。并且，随着LED照明的普及，LiFi室内定位技术被认为是一种非常有前景的室内定位技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，本发明使用LiFi技术进行高精度的室内三维定位，并且配置语音输入功能，盲人可语音输入目标点并通过耳机内部处理模块进行处理，对盲人进行快速路线指导，方便，快捷，精准。另外本发明是一种节能设备，使用太阳能电池板作为储电设备，太阳能发电是一种新兴的再生能源，在现代一般多为发电或者储备电能进行使用，非常环保节能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述导航耳机包含发射端和接收端；发射端包括若干LED灯安装在室内标记的位置，通过LED灯其明暗变化的光线向外传送所在处的地址信息；发射端由若干LED灯分别安装在室内标记的地址，且每个LED灯对应一个唯一的地址编码，通过其明暗变化的光线向外传送所在处地址信息；接收端包括耳式耳机，其光感传感器导航模块对光信号进行采集，盲文键盘输入地址信息，导航模块实现导航，扬声器对经过处理的语音进行播放，供电模块对整个设备进行供电，三维电子罗盘采集经纬度信息；接收端通过光电转换模块接收LED灯光信号，且转换成电信号，通过解码模块解析电信号，转换成对应的地址编码，再通过地址库存储模块转换成对应的地址信息；通过盲文键盘输入目标点地址信息；在CPU模块中将盲人输入地址信息与当前接收的地址信息在预存的地图信息中进行比对，且通过迪杰斯特拉算法计算起点到目标点的路线，方向输入模块向CPU模块传输方向信息，最后规划出一条最佳路线，使用语音播放模块进行语音播放，来对盲人行走路线进行指导，实现起点到目标点的导航。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其导航模块包含光电转换模块的输出端连接解码模块的输入端，解码模块的输出端连接地址库存储模块的输入端，盲文键盘的输出端连接CPU模块的输入端，地址库存储模块的输出端连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端连接语音播放模块的输入端，三维电子罗盘输出端CPU模块输入端。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的光电转换模块通过光感传感器对光信号进行接收，并将光信号转换成电信号，通过解码模块解析出当前的地址编码。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的目标点为目标点输入模块在盲文键盘中对目标点地址进行输入。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的地址库存储模块在其地址库中预存所需室内地图地址编码，对当前地址编码在预存的地图编码信息中进行比对，确定当前地址。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，通过方向输入模块的三维电子罗盘中的传感器采集经纬度信息，传输给CPU模块，获取起点到目标点的经纬度信息。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的CPU模块为ARM系列微型处理器，处理器通过迪杰斯特拉算法对当前地址与输入地址进行计算，获取起点到目标点的最优路径。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的语音播放模块，当CPU模块规划好路径，将信息传输给语音播放模块，在语音播放模块中的语音数据库寻找对应的语音代码，解码后，通过音频功放对语音信号进行放大，最后通过扬声器进行播放，对盲人的行走路线进行指导。

所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，所述的供电模块使用太阳能电池板进行储电，并通过电源控制电路以及直流供电电路，对整个设备进行供电，当晚上没有电时，另配有充电孔，对设备进行充电，满足24小时供电 。

本发明的优点与效果是：

1.本发明通过LiFi的可见光变化解决传统室内定位技术的弊端，传统室内定位技术如超声波，蓝牙，WiFi，红外定位技术等，有成本高，范围小，稳定性差，容易受干扰，发射距离短等弊端。LiFi通过光传输信号，只需要LED 灯就能轻松进行定位，是照明和通信的深度耦合，具有网络稳定，定位精度高，实时性强，成本低易于普及等优点，特别是在三维定位方面优势明显。

2.本发明通过接收LED灯发出信号，确定当前地址，通过盲人的语音输入信息，确定目标点地址，对接收到的两个地址编码在地址库存储模块与CPU模块进行比对与计算，通过一套最优算法规划出一条最佳路径，最后语音播放模块进行语音导航，实现盲人室内导航功能，能够解决室内定位难，导航难的问题。并且耳机的供电模块使用太阳能电池板进行储电，非常节能环保，为盲人室内导航提供了一种新思路。

附图说明

图1为本发明的工作流程框图；

图2为本发明的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机外部结构示意图；

图3为本发明的内部导航系统组成连接框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳体实施方案，对本发明做进一步阐述。

本发明盲人室内导航耳机发射端和接收端。发射端主要由若干LED灯分别安装在室内标记的地址，且每个LED灯对应一个唯一的地址编码，通过其明暗变化的光线向外传送所在处地址信息；接收端为包耳式耳机：通过光电转换模块接收LED灯光信号，且转换成电信号，通过解码模块解析电信号，转换成对应的地址编码，再通过地址库存储模块转换成对应的地址信息；通过盲文键盘输入目标点地址信息；在CPU模块中将盲人输入地址信息与当前接收的地址信息在预存的地图信息中进行比对，且通过迪杰斯特拉算法计算起点到目标点的路线，方向输入模块向CPU模块传输方向信息，最后规划出一条最佳路线，使用语音播放模块进行语音播放，来对盲人行走路线进行指导，可实现起点到目标点的导航。

每个发射端包含每个LED灯都存储唯一的地址编码作为地址信息，并通过数字调制的方式以二进制数字信号“1”或“0”对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码，通过驱动控制器控制LED灯以明暗变化的方式将唯一的地址编码发送出去。

接收端为包耳式耳机包含耳机总体构造由盲文键盘，扬声器，供电模块，导航模块，三维电子罗盘组成；导航模块由光电转换模块，解码模块，目标点输入模块，地址库存储模块，CPU模块，语音播放模块，方向输入模块：

光电转换模块，通过耳机上部的光感传感器接收对应区域的LED灯所发出的明暗变化的光信号，并把光信号转换成电信号；

解码模块通过模块中的应用程序对转换的电信号进行解码，得到对应的当前的地址编码信息。

地址库存储模块在其地址库中预存所需室内地图地址编码，对当前地址编码在预存的地图编码信息中进行比对，确认当前地址。

目标点输入模块通过盲文输入键盘对目标点进行输入。

方向输入模块：通过三维电子罗盘的传感器采集方向信息，传感器产生的模拟输出信号进行放大后送入MCU进行数据处理，输出经纬度信息，所得到经纬度信息传输给CPU模块，获取起点到目标点的经纬度信息。

CPU模块对地址库存储模块和方向输入模块传输的信息进行处理，CPU模块为ARM系列微型处理器，处理器通过迪杰斯特拉算法对当前地址与输入地址进行计算，获取起点到目标点的最优路径。

语音播放模块：当CPU模块规划好路径，将信息传输给语音播放模块，语音播放模块中的语音数据库寻找对应的语音代码，解码后，通过音频功放对语音信号进行放大，最后通过扬声器进行播放，对盲人的行走路线进行指导。

供电模块，使用太阳能电池板进行储电，并通过电源控制电路以及直流供电电路，对整个设备进行供电。当光照充足时，多余的电能将被存储在储电池组内，当出现光照不够或者晚间情况时，电池将释放电能。当遇到晚间没电时，配有充电孔，可进行充电，保证24小时有点状态。

实施例

参照图1，所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其具体过程包含：光感传感器s1对光信号进行采集，盲文键盘s2输入地址信息，导航模块s3实现导航功能，扬声器s4对经过处理的语音进行播放，供电模块s5对整个设备进行供电，三维电子罗盘s6采集经纬度信息。

参照图2，所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机具有包耳式耳机外壳s6，耳机两内侧具有扬声器s4，耳机右侧为盲文键盘s2，耳机左下侧具有耳机充电孔s8，耳机顶部为光感传感器s1，且其顶部内具有三维电子罗盘s6。耳机外壳s7的内部具有供电模块（太阳能电池板），导航模块的电路板。

参照图1，所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，发射端包括：若干LED灯安装在室内标记的指定地址，每个LED灯都存储唯一的地址编码作为地址信息，并通过数字调制的方式以二进制数字信号“1”或“0”对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码，通过驱动控制器控制LED灯以明暗变化的方式将唯一的地址编码发送出去。

参照图3，所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，其中接收端为包耳式耳机，其中导航模块s1包含：光电转换模块1的输出端连接解码模块2的输入端，解码模块2的输出端连接地址库存储模块3的输入端，盲文键盘4的输出端连接CPU模块6的输入端，地址库存储模块3的输出端连接CPU模块6的输入端，CPU模块6的输出端连接语音播放模块7的输入端，三维电子罗盘5输出端CPU模块输入端。

接收当前地址LED灯发出的地址信息：

光电转换模块1接收传输的光信号时，采用空间分集接收技术，在耳机顶部的不同方向安装5个光感传感器s1，以接收各个方向的光信号，对多个接收信号进行比较，一般选取SNR最大的信号作为当前地址进行定位。然后通过光电转换器，将接收到的光信号转换成电信号；

解码模块2解码转换后的电信号，通过模块中的应用程序对转换的电信号进行解码，得到对应的当前的地址编码信息。

地址库存储模块3在其地址库中预存所需室内地图地址编码，对当前地址编码在预存的地图编码信息中进行比对，确认当前地址。

接收盲人语音输入的目标点地址信息：

通过盲文键盘对所需目标点信息进行输入。

通过方向输入模块5的三维电子罗盘s6中的传感器采集经纬度信息，传输给CPU模块6，经过处理，获取起点到目标点的经纬度信息。

使用的CPU模块6为ARM系列微型处理器，在CPU中对当前位置，输入位置，经纬度信息进行计算和处理。若盲人通过键盘输入的目标点信息错误或无效，即在地图中没有输入的目标点信息时，直接输出到语音播放模块7，语音播报提醒盲人输入地址错误或无效，提示盲人重新输入获取目标点信息。当输入目标点正确，处理器通过迪杰斯特拉算法对当前地址与输入地址进行计算，规划出最优路线。

当CPU模块规划好路径，将信息传输给语音播放模块7，语音播放模块中的语音数据库寻找对应的语音代码，解码后，通过音频功放对语音信号进行放大，最后通过扬声器进行播放s4，对盲人的行走路线进行指导。主要提示内容，应该前进的方向和可选择道路提示，目标方向，前方标志性建筑物，大约距离等等。

供电模块s5，使用太阳能电池板进行储电，并通过电源控制电路以及直流供电电路，对整个设备进行供电。当光照充足时，多余的电能将被存储在储电池组内，当出现光照不够或者晚间情况时，电池将释放电能。当遇到晚间没电时，根据参考图2，配有充电孔s8，可进行充电，保证24小时有点状态。

尽管本发明的内容已经通过了上述优先实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述导航耳机包含发射端和接收端；发射端包括若干LED灯安装在室内标记的位置，通过LED灯其明暗变化的光线向外传送所在处的地址信息；发射端由若干LED灯分别安装在室内标记的地址，且每个LED灯对应一个唯一的地址编码，通过其明暗变化的光线向外传送所在处地址信息；接收端包括耳式耳机，其光感传感器导航模块（s1）对光信号进行采集，盲文键盘（s2）输入地址信息，导航模块（s3）实现导航，扬声器（s4）对经过处理的语音进行播放，供电模块（s5）对整个设备进行供电，三维电子罗盘采集经纬度信息；接收端通过光电转换模块接收LED灯光信号，且转换成电信号，通过解码模块解析电信号，转换成对应的地址编码，再通过地址库存储模块转换成对应的地址信息；通过盲文键盘输入目标点地址信息；在CPU模块中将盲人输入地址信息与当前接收的地址信息在预存的地图信息中进行比对，且通过迪杰斯特拉算法计算起点到目标点的路线，方向输入模块向CPU模块传输方向信息，最后规划出一条最佳路线，使用语音播放模块进行语音播放，来对盲人行走路线进行指导，实现起点到目标点的导航。

2.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，其导航模块（s1）包含光电转换模块（1）的输出端连接解码模块（2）的输入端，解码模块（2）的输出端连接地址库存储模块（3）的输入端，盲文键盘（4）的输出端连接CPU模块（6）的输入端，地址库存储模块（3）的输出端连接CPU模块（6）的输入端，CPU模块（6）的输出端连接语音播放模块（7）的输入端，三维电子罗盘（5）输出端CPU模块输入端。

3.据权利要求2所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的光电转换模块（1）通过光感传感器（s1）对光信号进行接收，并将光信号转换成电信号，通过解码模块（2）解析出当前的地址编码。

4.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的目标点为目标点输入模块（4）在盲文键盘（s2）中对目标点地址进行输入。

5.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的地址库存储模块（3）在其地址库中预存所需室内地图地址编码，对当前地址编码在预存的地图编码信息中进行比对，确定当前地址。

6.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，通过方向输入模块（5）的三维电子罗盘（s6）中的传感器采集经纬度信息，传输给CPU模块（6），获取起点到目标点的经纬度信息。

7.据权利要求6所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的CPU模块（6）为ARM系列微型处理器，处理器通过迪杰斯特拉算法对当前地址与输入地址进行计算，获取起点到目标点的最优路径。

8.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的语音播放模块（7），当CPU模块规划好路径，将信息传输给语音播放模块（7），在语音播放模块中的语音数据库寻找对应的语音代码，解码后，通过音频功放对语音信号进行放大，最后通过扬声器（s4）进行播放，对盲人的行走路线进行指导。

9.据权利要求1所述的一种基于LiFi通信的盲人室内导航耳机，其特征在于，所述的供电模块（s5）使用太阳能电池板进行储电，并通过电源控制电路以及直流供电电路，对整个设备进行供电，当晚上没有电时，另配有充电孔，对设备进行充电，满足24小时供电 。