专利名称：新型智能导盲杖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用超声波测距的新型智能导盲杖，属于电子测控领域。
背景技术：
我国盲人及视力障碍者数量大，约占全世界盲人总数的20%。盲人由于生理上的缺陷，在公共场所行走时面临着诸多不便以及潜在的危险。目前国内外有诸多类型的盲人导航技术，如导盲机器人，红外线导盲，盲人电子眼镜，GPRS导盲系统等，但这些盲人导航设施大多成本过高或携带不便，且受环境影响较大，并不能被盲人广泛采用。超声波具方向性强、能量易于集中、传播距离较远，以及对障碍物定位具有一定的精确性等特性，能较好地应用于障碍物定位，且其具有成本低、便于携带、体积小的特点，因而易于普及。
发明内容本实用新型为解决现有的智能导盲杖成本过高、携带不便而提出的一种低成本、功能优异的基于超声波测距的新型智能导盲杖。为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现一种新型智能导盲杖，其特征在于导盲杖本体上设置有语音电路、超声测距电路、压力按钮电路、单片机电路和电源电路，电源电路的输出端分别接语音电路、超声测距电路、压力按钮电路以及单片机电路的电源输入端，语音电路包含一个语音合成芯片，超声测距电路包含四个超声波测距模块，压力按钮电路包含一个压力按钮，单片机电路包含一个微控制器，语音合成芯片、四个超声波测距模块、压力按钮分别与微控制器连接。本实用新型智能导盲杖采用基于单片机的超声波测距技术，能够实现障碍物的定位(距离、方位)以及路况的判别(上、下坡等)，并能将信息通过语音反馈给使用者，从而为盲人行走提供方便，且该导盲拐杖成本低，质量轻，便于携带。
图I是本实用新型一新型智能导盲杖结构示意图图2是本实用新型一新型智能导盲杖电路原理图，图中I为语音电路；2为超声测距电路；3为压力按钮电路，4为单片机电路；5为电源电路。图3是超声波传感器及压力按钮部署主视图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述如图I所示，本实用新型的新型智能导盲杖的本体上设置有语音电路I、超声测距电路2、压力按钮电路3、单片机电路4和电源电路5。电源电路5的输出端分别接语音电路1，超声测距电路2，压力按钮电路3以及单片机电路4的电源输入端。语音电路I、超声测距电路2、压力按钮电路3的分别与单片机电路4连接。其中，语音电路I用于播报路况信息；超声测距电路2用于测量当前导盲杖与障碍物之间的距离；压力按钮电路3用于探测导盲杖是否已经着地；单片机电路4为主要控制电路，控制各部分电路以及信息处理；电源电路5为各部分电路提供稳定电源。如图2所示，语音电路I包含一个语音合成芯片U3 (本实施例具体型号为SYN6288)，单片机电路4包含一个微控制器Ul (本实施例具体型号为C8051F360)，超声测距电路2包含四个超声波测距模块SFR0-3 (本实施例超声波传感器具体型号为HC-SR04)，压力按钮电路3包含一个压力按钮SW-PB，语音合成芯片U3、四个超声波测距模块SFR0-3、压力按钮SW-PB分别与微控制器Ul连接。语音合成芯片U3的输入端RxD通过电阻R4、三极管Ql和电阻R5连接至微控制器Ul的输出端PO. 1，语音合成芯片U3输出端TxD连接微控制器Ul的输入端PO. 2。四个超声波测距模块SFR0-3的输入端RX0，RX1，RX2，RX3分别连接微控制器Ul的输出端P2. 0，P2. 2，P2. 4，P2. 6，四个超声波测距模块SFR0-3的输出端TXO，TXl, TX2，TX3分别接微控制器Ul的输入端Ρ2· 1，Ρ2·3，Ρ2·5，Ρ3·0。压力按钮电路3的输出端(电阻R22不与压力按钮Sff-PB相连接的一端)连接微控制器Ul的输入端Ρ3. 1，电容C31，C32以及电阻R21构成RC电路，按钮SW-PB作为压力按钮置于导盲杖底端。如图3所示，为了实现探测全方位路况，超声波模块的部署极为重要。考虑到盲人遇到的路况主要分为前、左、右方向的障碍物，上坡或楼梯，以及下坡或沟坑。因此，四个超声波传感器分别按照不同方位进行部署，其中三个超声波测距模块SFR0-2置于导盲杖中部，并与地面垂直摆放使其相对于使用者分别位于左、右、前三个方向，另一个超声波测距模块SFR3置于导盲杖中部并与水平线形成俯视45°角度使其指向地面；压力按钮SW-PB置于导盲杖下方，用于探测当前导盲杖是否与地面垂直。本实用新型在目前常用的四角拐杖基础之上进行相应的改造，将设计实现的各模块绑定于杖体之上，同时传感器模块采用超声波传感器来实现，质量轻、体积小，因此整个导盲杖质量轻。另外，由于使用的四角拐杖可伸缩，因此导盲杖更加适用于不同身高的使用者。同时，导盲杖的杖体可拆分为两半，更加易于携带。本实用新型智能导盲杖采用干电池供电，采用高性能的单片机技术和超声波技术。使用两节5号可充电电池产生工作电源，为各模块供应电源。为了实现多方向的探测与路况分析处理，系统工作流程的合理安排就显得尤为重要。合理的工作流程应当确保系统及时播报当前路况，无漏报或误报，同时也不必过于频繁的探测与报警，频繁探测不仅增加功耗，降低电池使用时间，同时也会让使用者感到无所适从。因此采用以下方案实现复杂的路况信息探测及语音播报提示。对于路面上的障碍物探测，嵌入式微处理器C8051F360通过输出端对SFR0-2循环发送至少IOus的高电平信号，SFR0-2的I/O 口 TRIG自动发送8个40kHz的方波，当有信号返回时，通过SFR0-2模块的I/O 口 ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间M。通过C8051F360自带的计数器功能得到厶|,根据公式5* = 340/(2*沒>则算出导盲杖到障碍物距离，判断测算距离是否到达警告距离(I m)，若达到则首先探测语音模块是否被占用，如空闲则根据传感器编号0-2语音播报当前左、右或前方位有障碍，否则系统等待其空闲后再播报。对于路面情况，即是否有上下坡、楼梯、沟等，则按照以下方式进行探测。当拐杖着地时，压力按钮按下，则触发外部中断，中断过程执行以下操作通过C8051F360输出端对超声波测距模块SFR3发送至少IOus的高电平信号，SFR3的I/O 口 TRIG自动发送8个40kHz的方波，并等待接收来自超声波测距模块SFR3的信号，通过计数器功能测算出障碍物距离，判断测算距离是否到达警告距离(80cm)，若测算距离>80+10cm则等待语音模块空闲时通过语音播报当前路况为下坡或有沟，若测算距离<80-10cm则等待语音模块空闲时通过语音播报当前路况为上坡或有台阶。
权利要求1.一种新型智能导盲杖，其特征在于导盲杖本体上设置有语音电路(I)、超声测距电路(2)、压力按钮电路(3)、单片机电路(4)和电源电路(5)，电源电路(5)的输出端分别接语音电路(I)、超声测距电路(2)、压力按钮电路(3)以及单片机电路(4)的电源输入端，语音电路(I)包含一个语音合成芯片(U3)，超声测距电路(2)包含四个超声波测距模块(SFR0-3)，压力按钮电路(3)包含一个压力按钮，单片机电路(4)包含一个微控制器(U1)，语音合成芯片(U3)、四个超声波测距模块(SFR0-3)、压力按钮分别与微控制器(Ul)连接。
2.根据权利要求I所述的新型智能导盲杖，其特征在于超声波测距模块根据方位进行部署，其中三个超声波测距模块置于导盲杖中部，并与地面垂直摆放使其相对于使用者分别位于左、右、前三个方向，另一个超声波测距模块置于导盲杖中部并与水平线形成俯视45°角度使其指向地面；压力按钮置于导盲杖下方。
3.根据权利要求I所述的新型智能导盲杖，其特征在于语音合成芯片(U3)的输入端RxD、输出端TxD分别连接微控制器(Ul)的输出端PO. I、输入端PO. 2。
4.根据权利要求I所述的新型智能导盲杖，其特征在于四个超声波测距模块(SFR0-3)的输入端RXO, RXl, RX2，RX3分别连接微控制器(Ul)的输出端P2. O, P2. 2，P2. 4，P2. 6，四个超声波测距模块(SFR0-3)的输出端TXO，TXl, TX2，TX3分别连接微控制器(Ul)的输入端 P2. 1，P2. 3，P2. 5，P3. O。
5.根据权利要求I所述的新型智能导盲杖，其特征在于压力按钮电路(3)的输出端连接微控制器(Ul)的输入端P3. I。
专利摘要本实用新型公开了一种新型智能导盲杖，其本体上设置有语音电路、超声测距电路、压力按钮电路、单片机电路和电源电路，电源电路的输出端分别接语音电路、超声测距电路、压力按钮电路以及单片机电路的电源输入端，语音电路包含一个语音合成芯片，超声测距电路包含四个超声波测距模块，压力按钮电路包含一个压力按钮，单片机电路包含一个微控制器，语音合成芯片、四个超声波测距模块、压力按钮分别与微控制器连接。该实用新型具有路况判断能力，可以判断左、右、前方1m-2m处的障碍物，并可以判断前方路面情况，包括上、下坡、沟和台阶。采用干电池供电，具有质量轻、便于携带、造价低廉的特点，便于推广使用。
文档编号A61H3/06GK202761651SQ201220379209
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者孟祥薇, 欧阳星辰, 胡经纬, 卜旸, 孙桐, 余敏, 王玲玲, 严妍, 李亚东, 严锡君 申请人:河海大学