CN110068354A - 一种盲人导航提醒装置及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盲人导航提醒装置及导航方法。在该技术方案中，于杆状的手杖底端增设底座，在底座底端的不同方向设置多组压敏传感器，基于不同压敏传感器输出的电压值，可获得底座在盲道上的偏离方向。在此基础上，本发明在手杖上端设置了与各压敏传感器方向相同的若干振动器，根据判别得到的偏离方向，相应启动对应的振动器，从而对使用者手部相应方位进行振动提示，同时启动语音提醒，使盲人及时调整行进方向。应用本发明，省去了利用手杖末端频繁触碰并感知盲道的重复性动作，可及时发现偏离现象和偏离方向，具有良好的使用效果。

Description

一种盲人导航提醒装置及导航方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种盲人导航提醒装置及导航方法。

背景技术

由于缺乏视觉能力，因此盲人在户外环境行走非常困难。为缓解这一问题，市政系统修筑盲道并形成了标准化的建设模式，为盲人在道路上的行走提供了一定便利。现有技术中，盲道呈纵向凸条状沿道路走向延伸，在转弯处或截至处利用密集的圆形凸起物加以提示。盲人利用拐杖末端触碰盲道的条形凸起，从而确认自身处于盲道范围内，以防止脱离盲道造成行进方向偏离的问题。

这种模式一方面需要盲人频繁触碰盲道，另一方面，需要盲人认真感知拐杖末端的震动反馈来判断路面属性，这不仅需要较多的动作量和极高的注意力，而且，容易出现判断错误的情况。在这种情况下，如果能依托于拐杖来引入智能化的导航提醒系统，则有望改善盲人在盲道上行走的安全性和便捷性。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种盲人导航提醒装置及导航方法，以解决现有技术中，盲人行走于盲道上时，需要频繁触碰盲道并加以感知，才能判别盲道走向的技术问题。

本发明要解决的另一技术问题是如何实现对盲道走向的自动判别和偏离提醒。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种盲人导航提醒装置，包括杆体，盒体，开关按钮，底座，振动器，扬声器，晶振电路，复位按钮，第一压敏传感器，第二压敏传感器，第三压敏传感器，第四压敏传感器，其中，在杆体的上端固定连接有盒体，在盒体中连接有电源，所述电源的开关按钮位于盒体的顶端，在杆体的底端固定连接有方形的底座，在杆体上分别连接有扬声器，晶振电路，复位电路，在所述复位电路上具有复位按钮，所述复位按钮位于杆体的侧壁上，在底座底端的四角位置分别连接有第一压敏传感器，第二压敏传感器，第三压敏传感器，第四压敏传感器，在盒体的侧壁上固定连接有4个振动器，4个振动器各自的朝向分别与第一压敏传感器的朝向，第二压敏传感器的朝向，第三压敏传感器的朝向，第四压敏传感器的朝向相同。

作为优选，第一压敏传感器，第二压敏传感器，第三压敏传感器，第四压敏传感器共同组成传感器系统。

作为优选，还包括微处理器，所述微处理器与晶振电路，复位电路共同组成微处理器系统。

作为优选，4个振动器和扬声器共同组成导航提醒系统。

作为优选，第一压敏传感器，第二压敏传感器，第三压敏传感器，第四压敏传感器四者分别与微处理器电性连接，晶振电路和复位电路分别与微处理器电性连接，微处理器分别与4个振动器以及扬声器通信连接。

作为优选，所述电源包括变压器，桥式整流电路，π型滤波电路，稳压电路，所述电源为该导航提醒装置供电。

在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了应用上述装置进行导航的方法，该方法包括：

1)微处理器初始化；

2)微处理器P1口每隔0.01秒读取压敏传感器阵列传回的电压数据；

3)微处理器将读取的电压数据根据下表的逻辑进行判别；

4)当判别结果为未偏离盲道时，微处理器控制扬声器及振动器关闭，返回步骤2)；

5)当判别结果为偏离盲道时，根据偏离的方向，微处理器P2口低4位控制相应朝向的振动器启动，同时微处理器P2口高4位控制扬声器启动，返回步骤2)。

在以上技术方案中，杆体为装置的主体结构，作为手杖供盲人手持；盒体一方面用于容纳电源和振动器等模块，另一方面便于使用者抓握；开关按钮用于控制电源通断；底座用于承载4个压敏传感器；4个压敏传感器分别位于不同的方向，由于当压敏传感器在受到压力时输出高电压，因此根据4个压敏传感器输出的电压值，可知晓各压敏传感器的受压情况，据此判断偏离方向；4个振动器与4个压敏传感器方向相同，与受压较小的压敏传感器朝向相同的振动器启动，使手部得到震动，从而提示出偏离方向；当发生方向偏离时，扬声器启动，通过语音来提示盲人注意；复位电路主要在控制器失效情况下，能够通过复位按钮进行微处理器的复位操作；晶振电路为微处理器执行相应操作提供基准时钟周期。传感器系统由4个压敏传感器组成，用于侦测受压情况，由于盲道表面高于普通路面，因此当底座一部分位于盲道上而另一部分位于普通路面上时，落在盲道上的压敏传感器受压较大，而没有落在盲道上的压敏传感器受压较小。微处理器系统由微处理器、晶振电路、复位电路组成。导航提醒系统由振动器和扬声器组成，前者通过振动作用提示偏离方向，后者通过语音提示使用者注意。微处理器通过读取传感器的压力数据，判断偏离方向，再将结果输出到导航提醒系统。电源用于为装置供电。

本发明提供了一种盲人导航提醒装置及导航方法。该技术方案中，于杆状的手杖底端增设底座，在底座底端的不同方向设置多组压敏传感器，由于盲道表面凸出于普通路面，因此当底座一部分位于盲道上而另一部分位于普通路面上时，落在盲道上的压敏传感器处于受压较大的状态，而未落在盲道上的压敏传感器则处于受压较小的状态，基于不同压敏传感器输出的电压值，可获得底座在盲道上的偏离方向。在此基础上，本发明在手杖上端设置了与各压敏传感器方向相同的若干振动器，根据判别得到的偏离方向，相应启动对应的振动器，从而对使用者手部相应方位进行振动提示，同时启动语音提醒，使盲人及时调整行进方向。应用本发明，省去了利用手杖末端频繁触碰并感知盲道的重复性动作，可及时发现偏离现象和偏离方向，具有良好的使用效果。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图；

图2是本发明中底座底端的结构示意图；

图3是本发明触压在盲道上时的一种状态图；

图4是本发明的电学连接关系图；

图中：

1、杆体 2、盒体 3、开关按钮 4、底座

5、振动器 6、扬声器 7、晶振电路 8、复位按钮

9、第一压敏传感器 10、第二压敏传感器 11、第三压敏传感器 12、第四压敏传感器

13、盲道 14、盲道边界 15、传感器系统 16、微处理器系统

17、导航提醒系统 18、微处理器 19、电源 20、复位电路。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。

实施例1

一种盲人导航提醒装置，由4个子系统构成：传感器系统、微处理器系统、导航提醒系统、电源模块。

以下说明各个系统的构成及功能。

传感器系统，结构如图2所示。

传感器系统安装在盲人导航提醒装置底部，直接与地面接触，该系统由4个电桥阵列组成，每个电桥由4个压敏电阻构成。通过拐杖底部电桥阵列的压敏传感器与盲道路面和普通路面相互间的压力不同，(即盲道位置凸起压力大，普通路面平整压力小)。进而通过4个电桥阵列传导过来的电压值输入到微处理器系统来进行路况的判断。

微处理器系统：由STC89C51芯片、复位电路、晶振电路3部分构成。

复位电路主要在控制器失效情况下，能够进行微处理器的复位操作。

晶振电路为微处理器执行相应操作提供基准时钟周期。

微处理器模块通过读取传感器的模块的数据，进行分析判断下一步的行进方向，再将结果输出到导航提醒系统。

导航提醒系统：导航提醒系统由语音提醒装置和震动提醒装置2部分组成，该系统的作用是通过语音及震动两种方式提醒盲人行进的方向。

语音提醒装置：是将控制器传输过来的信息转化成语音信息通过扬声器播报出来。

震动提醒装置：由4个震动器分别安装在拐杖的手握部位的4个方向。当某个方向偏离盲道时，该方向的振动器震动提醒，手部立刻感受到该方向的震动，通知使用者调整方向，直至重回到盲道方向，震动提醒关闭。

电源模块：系统内置可充电的12V干电池，当电池电压过低时，开机后扬声器发出警报声，通知使用者充电。充电可直接将充电线直接接到市电插座，电源模块包含变压器、桥式整流电路、π型滤波电路、稳压电路。

变压器模块：将220V、50Hz的交流电降为20V左右的交流电。

整流电路模块：将20V左右的交流电处理成18V左右的脉动直流电。

π型滤波电路模块：将18V左右的脉动直流电处理成15V左右的轻微波动的直流电。

稳压电路模块：通过三端稳压器将15V左右的直流电稳压成稳定的12V直流电给电池充电。同时并将12V的直流电压稳压成系统其他模块所需要的各个电压。

该装置的电学连接关系如图4所示。该装置的外部结构如图1所示。

工作原理：首先，按压电源的开关按钮，给整个系统供电。系统初检完毕后扬声器模块播放“初检完毕”。震动器模块分别安装在4个方向上，扬声器模块用来实现语音提醒功能。晶振电路及其复位按钮用来保证微处理其能够正常工作及实现系统复位。压敏传感器系统由四个方向上的由压敏电阻组成的电桥阵列构成，用于对路面情况的判断。四个模块与盲道路面及普通路面接触产生各不相同的电压，该电压值大小根据传感器与路面之间相互的压力不同而不同，如图3所示，其中虚线中间部分为盲道区域，两侧为非盲道区域的平整路面。因盲道路面不平整，右侧3个传感器与盲道路面的相互压力大，压敏传感器形变大，故右侧3个传感器输出电压高；与此同时最左侧的传感器处于平整路面，路面与压敏传感器之间的压力小，最左侧传感器形变小，输出的电压低。

微处理器根据4个传感器对应的电桥阵列输入的4个电压值不同情况，根据下表进行方向导航的逻辑判别。

表1偏离方向判别逻辑表

微处理器按上表的逻辑判别之后，将盲道导航及方向判别信息传输给语音提醒模块及相应方向的震动器模块，语音模块通过扬声器播放导航语音，震动模块的震动器发出对应的震动提醒，如西方向超出盲道，则西方相对应的震动器震动，其余3个震动器不震动，以此提醒使用者西方向超出盲道。如果西方向和南方向均超出盲道，则西方向及南方向的2个震动器震动，其余2个方向的震动器不震动，以此提醒使用者西南方向超出盲道。使用人员可根据语音模块的提醒和震动器模块的震动提醒来调整行进方向，进而实现盲道导航及方向判别。

微处理器处理的算法流程如下：

输入：压敏传感器传回的数据。

输出：盲道方向判别结果即语音与震动提醒控制。

1、微处理器初始化；

2、微处理器P1口每隔0.01秒执行读取压敏传感器阵列传回的电压数据(P1口低4位分别连接到4个传感器阵列的输出)；

3、微处理器根据读取的电压数据进行查表匹配；

4、若未偏离盲道，微处理器关闭语音提醒模块及震动提醒模块，返回步骤2；

5、若某方向偏离盲道，则微处理器P2口高4位控制语音模块输出语音、P2口低4位控制震动模块触发对应的震动提醒，返回步骤2。

本技术方案是一种盲人导航提醒装置，解决盲道导航及方向判别的问题。其主要创新点在于：

1、采用压敏电阻组成的传感器阵列，实现对盲道路面与非盲道路面情况的判断。

2、通过手持部位的4个震动器的震动的组合情况，实现盲道导航及方向判别。

实施例2

一种盲人导航提醒装置，如图1、图2所示，包括杆体1，盒体2，开关按钮3，底座4，振动器5，扬声器6，晶振电路7，复位按钮8，第一压敏传感器9，第二压敏传感器10，第三压敏传感器11，第四压敏传感器12，其中，在杆体1的上端固定连接有盒体2，在盒体2中连接有电源19，所述电源19的开关按钮3位于盒体2的顶端，在杆体1的底端固定连接有方形的底座4，在杆体1上分别连接有扬声器6，晶振电路7，复位电路20，在所述复位电路20上具有复位按钮8，所述复位按钮8位于杆体1的侧壁上，在底座4底端的四角位置分别连接有第一压敏传感器9，第二压敏传感器10，第三压敏传感器11，第四压敏传感器12，在盒体2的侧壁上固定连接有4个振动器5，4个振动器5各自的朝向分别与第一压敏传感器9的朝向，第二压敏传感器10的朝向，第三压敏传感器11的朝向，第四压敏传感器12的朝向相同。

如图4所示，第一压敏传感器9，第二压敏传感器10，第三压敏传感器11，第四压敏传感器12共同组成传感器系统15。还包括微处理器18，所述微处理器18与晶振电路7，复位电路20共同组成微处理器系统16。4个振动器5和扬声器6共同组成导航提醒系统17。第一压敏传感器9，第二压敏传感器10，第三压敏传感器11，第四压敏传感器12四者分别与微处理器18电性连接，晶振电路7和复位电路20分别与微处理器18电性连接，微处理器18分别与4个振动器5以及扬声器6通信连接。

所述电源19包括变压器，桥式整流电路，π型滤波电路，稳压电路，所述电源19为该导航提醒装置供电。

应用上述装置进行导航的方法，包括：

1)微处理器初始化；

2)微处理器P1口每隔0.01秒读取压敏传感器阵列传回的电压数据；

3)微处理器将读取的电压数据根据下表的逻辑进行判别；

4)当判别结果为未偏离盲道时，微处理器控制扬声器及振动器关闭，返回步骤2)；

5)当判别结果为偏离盲道时，根据偏离的方向，微处理器P2口低4位控制相应朝向的振动器启动，同时微处理器P2口高4位控制扬声器启动，返回步骤2)。

该装置的结构特点如下：杆体1为装置的主体结构，作为手杖供盲人手持；盒体2一方面用于容纳电源19和振动器5等模块，另一方面便于使用者抓握；开关按钮3用于控制电源19通断；底座4用于承载4个压敏传感器；4个压敏传感器(第一压敏传感器9、第二压敏传感器10、第三压敏传感器11、第四压敏传感器12)分别位于不同的方向，由于当压敏传感器在受到压力时输出高电压，因此根据4个压敏传感器输出的电压值，可知晓各压敏传感器的受压情况，据此判断偏离方向；4个振动器5与4个压敏传感器方向相同，与受压较小的压敏传感器朝向相同的振动器5启动，使手部得到震动，从而提示出偏离方向；当发生方向偏离时，扬声器6启动，通过语音来提示盲人注意；复位电路20主要在控制器失效情况下，能够通过复位按钮8进行微处理器18的复位操作；晶振电路7为微处理器18执行相应操作提供基准时钟周期。传感器系统15由4个压敏传感器组成，用于侦测受压情况，由于盲道13表面高于普通路面，因此当底座一部分位于盲道13上而另一部分位于盲道边界14以外的普通路面上时(如图3所示)，落在盲道13上的压敏传感器受压较大，而落在盲道13上的压敏传感器受压较小。微处理器系统16由微处理器18、晶振电路7、复位电路20组成。导航提醒系统17由振动器5和扬声器6组成，前者通过振动作用提示偏离方向，后者通过语音提示使用者注意。微处理器18通过读取传感器的压力数据，判断偏离方向，再将结果输出到导航提醒系统17。电源19用于为装置供电。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种盲人导航提醒装置，其特征在于包括杆体(1)，盒体(2)，开关按钮(3)，底座(4)，振动器(5)，扬声器(6)，晶振电路(7)，复位按钮(8)，第一压敏传感器(9)，第二压敏传感器(10)，第三压敏传感器(11)，第四压敏传感器(12)，其中，在杆体(1)的上端固定连接有盒体(2)，在盒体(2)中连接有电源(19)，所述电源(19)的开关按钮(3)位于盒体(2)的顶端，在杆体(1)的底端固定连接有方形的底座(4)，在杆体(1)上分别连接有扬声器(6)，晶振电路(7)，复位电路(20)，在所述复位电路(20)上具有复位按钮(8)，所述复位按钮(8)位于杆体(1)的侧壁上，在底座(4)底端的四角位置分别连接有第一压敏传感器(9)，第二压敏传感器(10)，第三压敏传感器(11)，第四压敏传感器(12)，在盒体(2)的侧壁上固定连接有4个振动器(5)，4个振动器(5)各自的朝向分别与第一压敏传感器(9)的朝向，第二压敏传感器(10)的朝向，第三压敏传感器(11)的朝向，第四压敏传感器(12)的朝向相同。

2.根据权利要求1所述的一种盲人导航提醒装置，其特征在于第一压敏传感器(9)，第二压敏传感器(10)，第三压敏传感器(11)，第四压敏传感器(12)共同组成传感器系统(15)。

3.根据权利要求2所述的一种盲人导航提醒装置，其特征在于还包括微处理器(18)，所述微处理器(18)与晶振电路(7)，复位电路(20)共同组成微处理器系统(16)。

4.根据权利要求3所述的一种盲人导航提醒装置，其特征在于4个振动器(5)和扬声器(6)共同组成导航提醒系统(17)。

5.根据权利要求4所述的一种盲人导航提醒装置，其特征在于第一压敏传感器(9)，第二压敏传感器(10)，第三压敏传感器(11)，第四压敏传感器(12)四者分别与微处理器(18)电性连接，晶振电路(7)和复位电路(20)分别与微处理器(18)电性连接，微处理器(18)分别与4个振动器(5)以及扬声器(6)通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种盲人导航提醒装置，其特征在于所述电源(19)包括变压器，桥式整流电路，π型滤波电路，稳压电路，所述电源(19)为该导航提醒装置供电。

7.应用权利要求1～6任一项所述装置进行导航的方法，其特征在于包括：

1)微处理器初始化；

2)微处理器P1口每隔0.01秒读取压敏传感器阵列传回的电压数据；

3)微处理器将读取的电压数据根据下表的逻辑进行判别；

4)当判别结果为未偏离盲道时，微处理器控制扬声器及振动器关闭，返回步骤2)；

5)当判别结果为偏离盲道时，根据偏离的方向，微处理器P2口低4位控制相应朝向的振动器启动，同时微处理器P2口高4位控制扬声器启动，返回步骤2)。