CN110584962A - 一种组合探障智能导盲系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能导盲技术领域，具体涉及一种组合探障智能导盲系统。本发明由探障模块、导航模块、通信模块、语音模块、供电模块、自动启动模块和树莓派主控系统组成，超声波、红外和图像三种探障方式组合对盲人或视障人士行进中的路况和障碍物信息进行及时探测与反馈，步行导盲模块为使用者提供精准的导航信息，当遇到危险或突发情况时，使用者能通过一键呼叫功能发送使用者的位置信息并实时通话。该系统在实现探障、导航基础上突出设备的安全性，为使用者的安全出行保驾护航。

Description

一种组合探障智能导盲系统
技术领域
本发明涉及智能导盲技术领域，具体涉及一种组合探障智能导盲系统。
背景技术
据国家权威数据统计，目前中国是世界上盲人数量最多的国家，盲人的出行问题应该受到社会的重视，因此，设计出一种电子导盲设备，协助盲人安全出行，提高他们的生活质量，具有十分重大的意义。目前应用于盲人的导盲设备较少，大部分盲人还使用传统的导盲手杖，其功能单一，安全性不能满足盲人的生活需求。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有导盲系统功能简单、探障避障方法存在缺陷、安全性不足等问题，提供一种组合探障智能导盲系统，其采用超声波探测、红外探测和图像探测相结合的三种探障方法实现全方位探测，还设置了一键呼叫模块实现紧急情况的报警。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种组合探障智能导盲系统，其特征在于：包括定位模块、自动启动模块、压力传感器、探障避障模块、步行导盲模块、避障指令生成模块、盲人行进环境信息生成模块、语音播报模块、主控系统和供电模块；
定位模块与步行导盲模块结合用于规划用户的行进路线；
自动启动模块用于开始或关闭系统，与压力传感器连接，通过压力传感器的信号变化控制系统的开启或关闭；
探障避障模块由超声波测距传感器、红外测距传感器和摄像头组成；
超声波测距传感器探测用户前方发散角20-30度以内的路况信息，用于用户行进中前方信息的探测，生成主要导盲避障指令，指导用户行进；
红外测距传感器探测用户两侧20-150cm以内的路况信息，辅助超声波测距传感器完成路况的探障，生成导盲避障指令，指导用户行进；
摄像头采集图像，通过图形处理程序处理，由近及远勾勒用户行进路线的路面、障碍物及行人轮廓信息，用于导盲信息提示指令的生成，同时处理获得的交通灯、交通信号标识反馈给主控系统；
图像处理程序不处理图像细节仅处理获取路面、障碍物的大小、轮廓信息；图像信息在行进变向或每隔1-5分钟进行采集，用户也可自行设定进行图像采集；
步行导盲模块通过导航指令生成模块生成导航指令，传输给语音播报模块进行指引用户行进；由导航模块、地图和导航指令生成模块组成，定位模块、导航模块与地图联合；
避障指令生成模块用于接收主控系统生成的避险指令信息传输给语音播报模块；
盲人行进环境信息生成模块通过摄像头采集的图像传输给主控系统，主控系统与地图信息比较生成导盲信息传输给语音播报模块；
供电模块用于系统供电。
所述的语音播报模块分为语音命令、语音提示和语音警告来传达给用户。
供电模块为两路，分别为太阳能电池板供电和纽扣电池。
所述的主控系统上还设置有一键呼叫模块，用于紧急情况的一键求助，通过通讯模块传送至家人。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明采用超声波、红外和图像三种方法组合探障避障，利用了超声波探障的稳定性主要形成行进指令，利用红外探障的方向性和抗干扰性强探测两侧，辅助行进指令，增加安全性，利用图像法由近及远勾勒盲人行进路线的路面、障碍物信息及交通灯、交通标识等信息，形成提示、警示信息，辅助导盲，图像法间隔、行进变向时或用户自行设定时进行图像采集并处理，降低对系统配置及图像处理的速度的要求，组合探测障碍物及路况信息，使探测更加全面，更加精细；
本发明采用两路充电系统既节约能源又能在无太阳的情况下不影响使用者的正常使用，提高了设备的安全系数，大大增强了设备续航能力。
本发明地图与定位系统配合提供了导航功能；第一联系人可以实时得到使用者的位置信息；还具有一键通信功能，可实现一键呼叫和一键接听，方便使用者和家人之间的通话。
附图说明
图1为本发明专利整体系统结构框图；
图2为本发明专利系统实施结构框图；
图3为本发明用于导盲眼镜上的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种组合探障智能导盲系统，包括定位模块1、自动启动模块、压力传感器2、超声波测距传感器3、红外测距传感器4、摄像镜头5、通讯模块7、探障避障模块、步行导盲模块8、避障指令生成模块9、盲人行进环境信息生成模块10、语音播报模块11、一键呼叫模块12、主控系统13和供电模块；
主控系统13选择RaspberryPi 3B+树莓派操作系统；
定位模块与步行导盲模块结合用于规划用户的行进路线；
自动启动模块用于开始或关闭系统，与压力传感器连接，通过压力传感器的信号变化控制系统的开启或关闭；压力传感器型号为FSK406。
探障避障模块由超声波测距传感器3、红外测距传感器4和摄像头5组成；分别连接树莓派的输入输出口，三种探障模块测得数据在避障指令生成模块9中形成避障指令。
超声波测距传感器探测用户前方发散角20-30度以内的路况信息，探测信息可靠，用于用户行进中前方信息的探测，生成主要导盲避障指令，指导用户行进，超声波测距传感器的最大探测距离为8米；为避免使用者行至障碍物侧方时出现碰撞等安全问题，还设置有红外测距传感器，红外测距传感器发散角小，不易受到干扰，探测用户两侧20-150cm以内的路况信息，辅助超声波测距传感器完成路况的探障，生成导盲避障指令，指导用户行进，保障盲人安全；
为了预先指导提示盲人，在超声波测距传感器下方安置双目广角摄像头，通过摄像头采集图像，通过图形处理程序处理，由近及远勾勒用户行进路线的路面、障碍物及行人轮廓信息，用于导盲信息提示指令的生成，同时处理获得的交通灯、交通信号标识反馈给主控系统，图像法获取的数据在盲人行进环境信息生成模块中生成导盲信息提示指令；
为了减低设备配置、加快运算速度，图像处理程序仅处理获取路面、障碍物的轮廓信息（大小、形状等），不处理细节信息；另外，图像信息间隔（如隔1-5分钟）或使用者改变行进路线时进行采集，进行轮廓更新，辅助导盲提示。图像法获得路况信息和交通警示、提示信息由语音模块输出提示。
上述超声波测距传感器选用KS103高性能模块。
上述红外测距传感器选择GP2YOA21YK0F 型。
上述摄像头选择100万双目同步摄像头模组（HBV-1780-2）。
步行导盲模块通过导航指令生成模块生成导航指令，传输给语音播报模块进行指引用户行驶；由导航模块、地图和导航指令生成模块组成，定位模块、导航模块与地图联合；
避障指令生成模块用于接收主控系统生成的避险指令信息传输给语音播报模块；
盲人行进环境信息生成模块通过摄像头采集的图像传输给主控系统，主控系统与地图信息比较生成导盲信息传输给语音播报模块；
供电模块用于系统供电，供电模块为两路，分别为太阳能电池板供电和纽扣电池，采用可切换供电方式，利用太阳能可使设备的续航能力大大增强，但环境等原因太阳能会存在供电不足情况，此时启动纽扣电池供电，以保证设备的正常运行，不影响到用户使用。
所述的语音播报模块型号选用为BY-F610，分为语音命令、语音提示和语音警告来传达给用户；由声卡、耳机和树莓派主控单元组成，能够将树莓派传输的语音信号处理放大后传递给用户，且不会受到外界信号的干扰。
声卡选用WOLFSON公司的WM8731连接在树莓派PI3上，即可使用，探障模块与导航模块产生的信号反馈给树莓派主控系统后，树莓派主控系统发出语音，语音信号经过声卡处理后，连接到耳机并传递给使用人，帮助其避障和出行。
所述通信模块7以SIM800C芯片为主，若遇到紧急情况，使用者可按下呼叫按键进行一键呼叫，树莓派向SIM800C发送拨号指令，GSM工作，GSM基带发送信号给SIM800C模拟音频电路，盲人即可通过蓝牙耳机与家人通话，同时SIM卡将盲人当前位置信息以短信形式发送到其通话对象设备，进一步，家人还可主动向盲人拨打电话，实现双向通信。当家人尝试通讯时，SIM800C芯片电路震动，且树莓派语音提醒，盲人通过按键后即可接听，保证盲人与家人的及时通讯联络。
本发明由红外测距法、超声波测距法和图像法三种探障方法组成，由红外测距传感器4、超声波测距传感器3结合控制程序完成红外测距和超声波测距探障，由摄像镜头5与树莓派图像处理单元组成图像处理模块完成图像法探障，三种探障方法测得数据在避障指令生成模块9中形成导盲指令、避障指令和导盲提示指令通过语音模块11播报给使用人，帮助其导盲和避障。
本发明位置共享，能够将使用者的位置信息实时发送给家人，让家人能够及时掌握使用者的位置。
实施例：
本发明导盲系统可设置于导盲眼镜上，如图2和3所示：纽扣电池装于眼镜本体的镜腿内，太阳能电池板下方覆盖有树莓派主控系统，太阳能电池板采用5V 30mA 3mm×30mm多晶太阳能电池片，红外测距传感器为两个，分别设置于眼镜本体的两侧镜腿上，摄像头嵌入设置于眼镜本体的镜梁前表面。
压力传感器7设置于眼镜本体的鼻托内侧，用以实现导盲眼镜的自动开关机，盲人戴上眼镜时，压力传感器感受到压力时，自动控制系统启动，摘下眼镜时，感受不到压力，系统自动关闭，
所述语音播报模块由树莓派内部语音模块和外部连接的声卡以及耳机6构成，播报障碍物及导航信息，耳机的使用可以减小外界噪音对播报语音的干扰。所述声卡选用wolfson公司的WM8731来制作，通过改造线路，将其直插在树莓派PI3上，即可使用。探障模块与导航模块产生的信号反馈给树莓派后，树莓派主控系统发出语音，语音信号经过声卡处理后，连接到耳机并传递给盲人，帮助其避障和出行。
智能导盲眼镜，佩带后，眼镜本体镜梁下方的压力传感器感知到压力，使系统启动，该导盲眼镜开始运行；语音输入设定导盲起点与终点，导盲系统规划了行进路径；图像探测自动提示前方的汽车和道路及行人的信息，过交通路口时，图像探测给出了交通灯提示，进行过程中超声波探测给出障碍物的信息，侧向障碍物在安全距离内时红外探测器给出提示警告，智能导盲眼镜顺利完成了导盲测试。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种组合探障智能导盲系统，其特征在于：包括定位模块、自动启动模块、压力传感器、探障避障模块、步行导盲模块、避障指令生成模块、盲人行进环境信息生成模块、语音播报模块、主控系统和供电模块；
定位模块与步行导盲模块结合用于规划用户的行进路线；
自动启动模块用于开始或关闭系统，与压力传感器连接，通过压力传感器的信号变化控制系统的开启或关闭；
探障避障模块由超声波测距传感器、红外测距传感器和摄像头组成；
超声波测距传感器探测用户前方发散角20-30度以内的路况信息，用于用户行进中前方信息的探测，生成主要导盲避障指令，指导用户行进；
红外测距传感器探测用户两侧20-150cm以内的路况信息，辅助超声波测距传感器完成路况的探障，生成导盲避障指令，指导用户行进；
摄像头采集图像，通过图形处理程序处理，由近及远勾勒用户行进路线的路面、障碍物及行人轮廓信息，用于导盲信息提示指令的生成，同时处理获得的交通灯、交通信号标识反馈给主控系统；
图像处理程序不处理图像细节仅处理获取路面、障碍物的大小、轮廓信息；图像信息在行进变向或每隔1-5分钟进行采集，用户也可自行设定进行图像采集；
步行导盲模块通过导航指令生成模块生成导航指令，传输给语音播报模块进行指引用户行进；由导航模块、地图和导航指令生成模块组成，定位模块、导航模块与地图联合；
避障指令生成模块用于接收主控系统生成的避险指令信息传输给语音播报模块；
盲人行进环境信息生成模块通过摄像头采集的图像传输给主控系统，主控系统与地图信息比较生成导盲信息传输给语音播报模块；
供电模块用于系统供电。
2.根据权利要求1所述的一种组合探障智能导盲系统，其特征在于：所述的语音播报模块分为语音命令、语音提示和语音警告来传达给用户。
3.根据权利要求1或2所述的一种组合探障智能导盲系统，其特征在于：供电模块为两路，分别为太阳能电池板供电和纽扣电池。
4.根据权利要求3所述的一种组合探障智能导盲系统，其特征在于：所述的主控系统上还设置有一键呼叫模块，用于紧急情况的一键求助，通过通讯模块传送至家人。
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