CN210932599U - 一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，涉及危险感知技术领域，包括电源模块、获取声音信息并计算声源方位的咪头阵列、根据微控制器下发的指令提醒使用者危险/障碍物方向的振动马达阵列、超声波传感器阵列、控制系统各组成部件的树莓派开发板、微控制器、显示器、音频采集器和图像采集器。超声波传感器阵列探测使用者与周围障碍物距离并发送至树莓派开发板，图像采集器获取使用者周边人物信息并发送至树莓派开发板，音频采集器拾取人声信息并发送至树莓派开发板，显示器显示经树莓派开发板语音处理后的文本数据。微控制器处理咪头阵列采集到的声音信息，并根据声音处理结果及树莓派开发板下发的指令控制振动马达阵列。

Description

一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统

技术领域

本实用新型涉及危险感知技术领域，具体涉及一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统。

背景技术

残疾人包括肢体、精神、智力或感官有长期损伤的人，这些损伤与各种障碍相互作用，可能阻碍残疾人在与他人平等的基础上充分和切实地参与社会，我国对残疾人分为五类：视力残疾、听力语言残疾、智力残疾、肢体残疾、精神残疾。当前，残疾人的辅助设备仅限于单一场景的听力辅助设备、视力辅助设备等。

随着物联网技术的快速发展，针对残疾人群体的智能辅助设备应运而生。智能辅助设备以人工智能理论为基础，在传统的残疾人辅助技术中加入人工智能中的仿生智能模块，使得残疾人辅助设备具有和人类类似的感知、判断、反馈等能力，从而提升使用者体验。目前，还未出现针对于具有视力残疾和听力语言残疾的残疾人士的危险感知辅助系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为解决现有的为残疾人设计的辅助设备仅限于视力残疾人士或听力残疾人士或语言残疾人士使用，对于具有多种残疾的残疾人士来说，无法满足自身需求，用户体验效果差，以及辅助设备功能单一导致的设备利用率低、使用者购买和维护成本高的问题，提供了一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，系统以可携带式设备作为载体，包括为系统各组成部分提供电能的电源模块，还包括咪头阵列、振动马达阵列、超声波传感器阵列、树莓派开发板、微控制器、显示器、音频采集器，所述咪头阵列、振动马达阵列均连接至所述微控制器，所述超声波传感器阵列、微控制器、显示器、音频采集器均连接至所述树莓派开发板，其中：

咪头阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的咪头组成，用于感知当前环境下的声音方位，基于多个不同方位的咪头获取到的声音信息计算声源方位；

振动马达阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的振动马达组成，用于接收并根据所述微控制器下发的指令提醒使用者危险方向/障碍物方向；

超声波传感器阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的超声波传感器组成，用于探测使用者与周围障碍物距离，并将探测到的数据发送至所述树莓派开发板；

树莓派开发板，用于对系统的各组成部件进行协调控制；

微控制器，用于接收并处理咪头阵列采集到的声音信息，并根据声音处理结果及树莓派开发板下发的指令控制振动马达阵列；

音频采集器，用于拾取人声信息并发送至所述树莓派开发板中进行语音处理；

显示器，用于显示经所述树莓派开发板语音处理后的文本数据。

进一步地，系统还包括与所述树莓派开发板连接的图像采集器，所述图像采集器用于对使用者周边人士进行拍照；所述树莓派开发板对图像采集器采集的图像进行人脸识别处理，并将图像处理后的结果与预先保存的图片进行对比，再根据对比结果提示使用者周边是否有认识的人以及该人的年龄、性别和当时的情绪。

进一步地，系统以腰带为载体，将系统各组成部件安装于腰带上。

进一步地，所述咪头、振动马达、超声波传感器均选用四个。

进一步地，所述微控制器选用Arduino Nano开发板，所述音频采集器选用麦克风，所述显示器选用有机发光显示器，所述图像采集器选用摄像头。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，针对视力残疾、听力语言残疾两种群体，将视觉辅助、听觉辅助、语言辅助设备集成于一体，解决了当前残疾人士危险感知辅助设备功能单一的问题，极大的提升了使用者的体验。同时，各辅助部分也可以单独使用或组成使用，可实用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型的系统整体结构图；

图2为本实用新型的系统电路连接图；

图3为本实用新型的实施例一中作为系统载体的腰带结构示意图；

附图标记：1-咪头、2-超声波传感器、3-图像采集器、4-音频采集器、5-振动马达、6-腰带、7-手环。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

本实用新型的较佳实施例，提供了一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，如图1至3所示，系统以腰带6和手环7作为载体，系统包括为系统各组成部分提供电能的电源模块、咪头阵列、振动马达阵列、超声波传感器阵列、树莓派开发板、微控制器、显示器和音频采集器4。咪头阵列、振动马达阵列均连接至微控制器，超声波传感器阵列、微控制器、显示器、音频采集器4均连接至树莓派开发板，其中：

咪头阵列由四个安装于腰带6不同方位上的咪头1组成，用于感知当前环境下的声音方位，基于多个不同方位的咪头1获取到的声音信息计算声源方位。

振动马达阵列，由多个安装于腰带6不同方位上的振动马达5组成，用于接收并根据微控制器下发的指令提醒使用者危险方向/障碍物方向。

超声波传感器阵列由四个安装于腰带6不同方位上的超声波传感器2组成，用于探测使用者当前位置与周围障碍物距离，并将探测到的数据发送至树莓派开发板。

树莓派开发板，用于对系统的各组成部件进行协调控制。

微控制器，用于接收并处理咪头阵列采集到的声音信息，并根据声音处理结果及树莓派开发板下发的指令控制振动马达阵列。

音频采集器4用于拾取人声信息并发送至树莓派开发板中进行语音处理。

显示器用于显示经树莓派开发板语音处理后的文本数据。

本实施例中，咪头1、振动马达5、超声波传感器2按前后左右四个方向安装于腰带6上，树莓派开发板安装于腰带6的扣头处，微控制器、显示器、音频采集器4均安装于手环7上。微控制器选用Arduino Nano开发板，体积微小，功耗低；显示器选用有机发光显示器，无需背光，采用轻薄的有机材料涂层和玻璃基板，节省电能，适用于本系统的电池供电方式；音频采集器4选用麦克风。

本设计的工作原理如下：

通过超声波传感器阵列探测使用者当前位置与周围障碍物的距离，并传送给树莓派开发板，树莓派开发板通过UART通信传送给Arduino Nano开发板，并控制振动马达阵列提醒使用者障碍物的方向。咪头阵列采集使用者所在位置各个方位的声音数据，并发送给Arduino Nano开发板，Arduino Nano开发板通过将方位数据信息通过振动马达5产生振动来提醒使用者。麦克风将拾取到的人声以PCM格式保存在树莓派开发板中SD卡上，通过树莓派开发板对拾取的人声进行语音识别处理，将其转化为文本数据并显示在树莓派开发板连接的有机发光显示器上。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，进一步地，系统还包括与树莓派开发板连接的图像采集器3，图像采集器3用于对使用者周边人士进行拍照。树莓派开发板对图像采集器3采集的图像进行人脸识别处理，并将图像处理后的结果与SD卡或/和与树莓派开发板连接的云端数据库中预先保存的图片进行对比，再根据对比结果提示使用者周边是否有认识的人以及该人的年龄、性别和当时的情绪。通过对使用者周边的人员进行识别及判断，便于使用者更好的与人进行沟通。

需要说明的是，本系统对声音和图像的处理均为现有技术。本实施例中，图像采集器3选用摄像头，摄像头采用串行接口连接树莓派开发板，节约了树莓派开发板的GPIO资源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，系统以可携带式设备作为载体，包括为系统各组成部分提供电能的电源模块，其特征在于：系统还包括咪头阵列、振动马达阵列、超声波传感器阵列、树莓派开发板、微控制器、显示器、音频采集器(4)，所述咪头阵列、振动马达阵列均连接至所述微控制器，所述超声波传感器阵列、微控制器、显示器、音频采集器(4)均连接至所述树莓派开发板，其中：

咪头阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的咪头(1)组成，用于感知当前环境下的声音方位，基于多个不同方位的咪头(1)获取到的声音信息计算声源方位；

振动马达阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的振动马达(5)组成，用于接收并根据所述微控制器下发的指令提醒使用者危险方向/障碍物方向；

超声波传感器阵列，由多个安装于可携带式设备不同方位上的超声波传感器(2)组成，用于探测使用者与周围障碍物距离，并将探测到的数据发送至所述树莓派开发板；

树莓派开发板，用于对系统的各组成部件进行协调控制；

微控制器，用于接收并处理咪头阵列采集到的声音信息，并根据声音处理结果及树莓派开发板下发的指令控制振动马达阵列；

音频采集器(4)，用于拾取人声信息并发送至所述树莓派开发板中进行语音处理：

显示器，用于显示经所述树莓派开发板语音处理后的文本数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，其特征在于：系统还包括与所述树莓派开发板连接的图像采集器(3)，所述图像采集器(3)用于对使用者周边人士进行拍照；所述树莓派开发板对图像采集器(3)采集的图像进行人脸识别处理，并将图像处理后的结果与预先保存的图片进行对比，再根据对比结果提示使用者周边是否有认识的人以及该人的年龄、性别和当时的情绪。

3.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，其特征在于：系统以腰带(6)和手环(7)为载体，将系统各组成部件安装于腰带(6)或手环(7)上。

4.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，其特征在于：所述咪头(1)、振动马达(5)、超声波传感器(2)均选用四个。

5.根据权利要求2所述的一种基于树莓派的残疾人士危险感知辅助系统，其特征在于：所述微控制器选用Arduino Nano开发板，所述音频采集器(4)选用麦克风，所述显示器选用有机发光显示器，所述图像采集器选用摄像头。

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