专利名称：具有导向功能的手杖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种导盲手杖，特别是一种具有导向功能的手杖。
背景技术：
盲人作为社会上的一个特殊群体，需要社会给予他们更多的关怀 和照顾，使他们能够更好的独立生活。如何安全行走，是盲人生活中 最大的问题。传统盲人用手杖功能单一，通过手持手杖点探地面，只 能在触碰到障碍物时才能获知路面情况，而无法辨知当前所处的方 向，盲人在出行时对于不熟悉的路段很难辨清方向，往往带来了很多 的不便，此外，传统盲人用手杖功能单一，通过手持手杖点探地面， 只能在触碰到障碍物时才能获知路面情况，对于障碍物没有预测能 力，给盲人出行带来不便。
实用新型内容
本实用新型克服了上述缺点，提供了一种结构简单、使用方便安 全的具有导向功能的手杖。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是 一种具有导向 功能的手杖，包括杖身和设置在杖身顶端的手柄，还包括设置在杖身 或手柄中的导向系统，所述导向系统包括数据处理模块和分别与所述 数据处理模块相连的导向模块和报警模块，所述导向模块包括磁场传 感器单元、信号调整单元和信号处理单元，所述信号调整单元将所述 磁场传感器单元输出的信号放大后送入所述信号处理单元，经所述信号处理单元计算出偏转角度后发送给所述数据处理模块。
所述信号调整单元可包括连接在所述磁场传感器输出端的两组
差动放大器。
所述磁场传感器可采用型号为KMZ52的二维磁场传感器。 所述导向系统中还可包括分别与所述数据处理模块相连的无线
信号发射模块、无线信号接收模块。
所述无线信号发射模块和无线信号接收模块可分别为超声波发
射模块和超声波接收模块。
所述报警模块可包括与所述数据处理模块相连的语音电路。 所述超声波发射模块可包括依次连接的多谐振荡器、驱动电路和
超声波换能器。
所述超声波接收模块可包括依次连接的超声波换能器、信号放大 电路和电压整形电路。
所述无线信号发射模块和无线信号接收模块可有至少两组，其中 至少一组设置在杖身的前方，用于检测前方突起的障碍，其余的至少 一组设置在杖身的底端，用于检测凹陷障碍。
所述导向系统还可包括一个与所述数据处理模块相连的模式转 换开关，和用于控制所述导向系统工作电源的电源开关，所述模式转 换开关和电源开关分别设置在所述手柄上。
本实用新型通过所述导向模块将检测到的方位信号发送给所述 数据处理模块，并通过所述数据处理模块控制报警模块，根据当前拐 杖的方位发出相应的报警提示信号，当当前的使用方向如果面对的不 是正的方向，需要调整一下手杖，直至面对正向时才能够发出提示或 随时发出当前方位的提示。此外，通过所述单片机控制超声波发射模块发出超声波信号，并利用所述各超声波接收模块接收经前方物体反 射回的超声波信号，是当探测到前方有凸起障碍物或下方有凹陷且距 离超过所设定的安全阈值时，利用所述语音电路发出相应的报警声 音，提醒盲人躲避障碍。
图1为本实用新型的结构示意图2为本实用新型的原理框图3为本实用新型中超声波发射模块的电路原理图； 图4为本实用新型中磁场传感器和信号调整单元的电路原理图； 图5为本实用新型中超声波接收模块的电路原理图； 图6为本实用新型中语音电路的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的一种优选实施例，如图1中所示，包括杖身1和设 置在杖身1顶端的手柄2，还包括设置在杖身1和手柄1中的导向系 统，所述导向系统中包括电源开关4、模式转换开关5和三组超声波 收发单元31、 32、 33，所述电源开关4和模式转换开关5设置在手 柄2上，三组超声波收发单元中的两组32、 33分别设置在杖身1的 前方，用于检测前方突起的障碍，其余的一组31设置在杖身1的底 端，用于检测凹陷障碍。
所述导向系统如图2中所示，包括数据处理模块和分别与所述数 据处理模块相连的超声波发射模块、超声波接收模块、报警模块和导 向模块，图1中所示的超声波收发单元即包括所述超声波发射模块和 超声波接收模块。所述报警模块采用语音电路，实现语音提示报警； 所述超声波发射模块包括依次连接的多谐振荡器、驱动电路和超声波换能器；所述超声波接收模块包括依次连接的超声波换能器、信号放 大电路和电压整形电路。所述数据处理模块采用单片机等微处理器。 所述导向模块主要由传感器单元、信号调整单元和方向确定单元组
成。图中，传感器单元采用二维磁场传感器KMZ52，用于将地磁场 信号转化成X轴和Y轴方向的电信号输出，所述信号调整单元将所 述磁场传感器单元中的输出信号成比例放大，并将其转换成合适的信 号hex和hey，同时消除信号的偏移。通过所述方向确定单元可将所 述信号调整单元输出的两路信号hex和hey进行放大，然后再按下式 计算出偏转角度a :
a = arctan hey / hex
这样就可得出该磁场的偏转角度，最后通过接口将该信号送往单 片机，进而控制语音模块进行语音导向。所述数据处理模块还可以连 接有模式转换开关，用于控制所述导向系统在导向功能和障碍探测功 能之间的转换。
如图3中所示，为本实用新型中磁场传感器和信号调整单元的电 路原理图，由于所述二维磁场传感器KMZ52 U6内部桥式结构的磁 阻输出是差动电压，通过运算放大器U1B、 U2B、 U3B、 U4B构成的 两组差动放大器，可以使磁场传感器U6的两路差动电压信号hex和 hey来用同样的运放结构成比例放大，为了将两个磁场 传感器信号放 大同样的倍数，可以将二者的翻转线圈串联，即通过导线将磁场传感 器U6的1脚和10脚相连，而从11脚输出的翻转信号从(1) 口输 入，X、 Y轴差动电压信号则分别从(2)、 (3) 口输出，然后通过方 向确定单元对传来的信号进行A/D采样、数值处理和校正后，即可 得到所求的角度。所述方向确定单元可以通过一个独立的微处理器实现，或作为所述单片机中的一个处理单元实现其功能。
如图4中所示，为超声波发射模块的电路原理图，利用LM555CH 集成定时器U2组成的多谐振荡器振荡产生40kHz的超声波，为了使 超声波测距范围足够远，可以对振荡信号进行功率放大后再进行发 送，因此在所述多谢振荡器的发射端连接一个由达林顿三极管Q1构 成的驱动电路，以增强其驱动能力，最后通过与所述达林顿三极管 Ql的集电极输出相连的超成波换能器(图中未标示)发出超声波信 号。
如图5中所示，为超声波接收模块的电路原理图，由于超声波在 空气中传播时，其能量的衰减与距离成正比，即距离越近信号越强， 距离越远信号越弱，返回的超声波信号通常在10mV 60mV之间。 所以为了方便信号处理，将从超声波换能器(图中未标示)接收到的 超声波信号进行100倍以上的放大增益。所述信号放大电路中采用 LM358运算放大器U1A、 U2A进行两级放大，令放大后的信号电压 约5V，放大后的输出再接个检波二级管Dl进行稳压，然后通过一 个由施密特触发器U3A构成的电压整形电路进行方波整形，最后送 到所述单片机进行数据处理。
所述语音电路如图6所示，电路中语音芯片U5采用ISD2590， 该芯片是90秒可分多段录音放音的芯片，分段的控制由单片机地址 线控制，通过程序把语音芯片U5内的存储空间分成8段每段可录制 10秒录音，分别录入"前方一米内有障碍物"、"前方半米内有障碍 物"和"前方二十厘米内有障碍物"和"下方有凹陷"四段代表不同 障碍状态的语音，以及"前方为东"、"前方为西"和"前方为南"和 "前方为北"四段代表不同方向的语音。当按下位于手柄2处的电源开关4后，通过模式转换开关5转换
到"导向"的工作状态时，所述导向模块将检测到的方位信号发送给 所述数据处理模块，并通过所述数据处理模块控制语音电路，根据当 前拐杖的方位发出相应的语音提示，当当前的使用方向如果面对的不 是正的方向，需要调整一下手杖，直至面对正向时才能够发出声音提 示，也可以在调整手杖的同时，实时发出当前方位角度的语音提示。
在通过模式转换开关5转换到"障碍物探测"的工作状态时，所述单
片机控制超声波发射模块发出超声波信号，并利用所述各超声波接收 模块接收经前方物体反射回的超声波信号，是当探测到前方有凸起障 碍物或下方有凹陷且距离超过所设定的安全阈值时，利用所述语音电 路发出相应的报警声音，提醒盲人躲避障碍。其中，前方凸起障碍探 测采用正逻辑，即当接收到的超声波信号越强，说明距离障碍物越近，
根据单片机计算的距离调用所述语音芯片U5中相应语音段进行提 示；下方凹陷探测采用反逻辑，即当接收到的超声波信号比较强时说 明下方是地面，此时不需要提示；但回波信号较弱超过设定值时说明 下方有较大的凹陷，此时调用所述语音芯片U5中相应语音段进行提 示。当不需要使用障碍探测功能时，则关闭所述电源开关，装置进入 省电模式，可以作为普通手杖使用。
此外，所述无线信号的收发也可以采用红外信号实现。 以上对本实用新型所提供的具有导向功能的手杖进行了详细介 绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心 思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想， 在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书 内容不应理解为对本实用新型的限制。
9
权利要求1.一种具有导向功能的手杖，包括杖身和设置在杖身顶端的手柄，其特征在于还包括设置在杖身或手柄中的导向系统，所述导向系统包括数据处理模块和分别与所述数据处理模块相连的导向模块和报警模块，所述导向模块包括磁场传感器单元、信号调整单元和信号处理单元，所述信号调整单元将所述磁场传感器单元输出的信号放大后送入所述信号处理单元，经所述信号处理单元计算出偏转角度后发送给所述数据处理模块。
2. 根据权利要求l所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所 述信号调整单元包括连接在所述磁场传感器输出端的两组差动放大 器°
3. 根据权利要求2所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所述磁场传感器采用型号为KMZ52的二维磁场传感器。
4. 根据权利要求1或2或3所述的具有导向功能的手杖，其特征 在于所述导向系统中还包括分别与所述数据处理模块相连的无线信 号发射模块、无线信号接收模块。
5. 根据权利要求4所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所 述无线信号发射模块和无线信号接收模块可有至少两组，其中至少--组设置在杖身的前方，其余的至少一组设置在杖身的底端。
6. 根据权利要求4所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所述无线信号发射模块和无线信号接收模块分别为超声波发射模块和超声波接收模块。
7. 根据权利要求1或2或3所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所述报警模块包括与所述数据处理模块相连的语音电路。
8. 根据权利要求6所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所述超声波发射模块包括依次连接的多谐振荡器、驱动电路和超声波换
9. 根据权利要求6所述的具有导向功能的手杖，其特征在于所 述超声波接收模块包括依次连接的超声波换能器、信号放大电路和电 压整形电路。
10. 根据权利要求1或2或3所述的具有导向功能的手杖，其特征 在于所述导向系统还包括一个与所述数据处理模块相连的模式转换 开关，和用于控制所述导向系统工作电源的电源开关，所述模式转换 开关和电源开关分别设置在所述手柄上。
专利摘要本实用新型涉及一种导盲手杖，特别是一种具有导向功能的手杖，包括杖身和设置在杖身顶端的手柄，还包括设置在杖身或手柄中的导向系统，所述导向系统包括数据处理模块和分别与所述数据处理模块相连的导向模块和报警模块，所述导向模块包括磁场传感器单元、信号调整单元和信号处理单元，所述信号调整单元将所述磁场传感器单元输出的信号放大后送入所述信号处理单元，经所述信号处理单元计算出偏转角度后发送给所述数据处理模块。本实用新型通过所述导向模块将检测到的方位信号发送给所述数据处理模块，并通过所述数据处理模块控制报警模块，根据当前拐杖的方位发出相应的报警提示信号，给盲人的出行带来极大的方便。
文档编号A61H3/06GK201164538SQ20082000501
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者张兆莉, 曹丽婷, 蔚 蒋 申请人:北京联合大学