专利名称：智能多功能导盲拐杖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及公开一种新型导盲拐杖，具体涉及一种用于盲人避障和方向定位 的便携式智能拐杖。
背景技术：
目前，一般的拐杖只起到支撑作用，通常用于辅助老人或残疾人行走。随着社会的 发展、环境的变化，各种因素致盲的人越来越多。盲人行走避障的工具主要有拐杖、导盲犬、 随身便携式导盲仪等。使用的拐杖一般结构简单，功能较为单一，方位辅助效果不明显 ’导 盲犬训练周期长，难度大，成本高，动物习性不好控制，还要维持生命消费开销；随身便携式 导盲仪体积小，轻便好用，但没有辅助支撑功能，对身有残疾，腿脚不便的人，仍然需要拐杖 辅助行走。
发明内容本实用新型的目的在于创新设计一种能让盲人对前方障碍物实时探知的，位置 和时间信息语音提示的，智能多功能导盲拐杖。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种智能多功能导盲拐杖，由 拐杖头、反光发光警示灯、蜂鸣器、四节空心杆身、弹簧卡钮、控制按钮、内置天线、导线和组 成电子系统设备的集成芯片电路板组成。其特点是(1)拐杖体积较小，重量轻，整个拐杖分为四节，中空，每节长度约30cm，便于收缩 携带。拐杖把手竖直安装在第一节杆身上面，称为拐杖头；拐杖把手内安装有电子系统设 备，并通过导线分别与拐杖头中的警示灯、蜂鸣器和按钮连接。(2)电子系统设备包括电源电路、GPS定位系统电路、单片机中断处理电路、超声 波发射接收电路、语音合成输出电路、控制报警电路。整个电子系统设备安装在拐杖把手的 狭小空间内，并通过单片机进行实时的信息处理。(3)利用GPS定位系统实时定位功能，通过语音输出可以使盲人随时知道当前所 处的位置和时间，辅助盲人定位找路。(4)利用超声波测障功能，通过蜂鸣器报警可以辅助盲人准确探知前方1 1. 5m 内的障碍物。(5)利用蜂鸣器发声和警示灯发光提示功能，通过自动或手动触发蜂鸣器和警示 灯工作，辅助盲人安全过马路和提示旁人避让行走。(6)应用了 GPS定位、超声波测距、单片机控制，机械结构设计等技术，具有较高的 技术含量。本实用新型的有益效果是，集合了拐杖和导盲仪的双重功能，结构简单、重量轻、 功能全、操作简单、可靠实用、成本较低，能满足普通老百姓的购买能力和功能需求，可以给 数百万盲人生活提供方便，具有广阔的市场前景。
图1是智能拐杖第一节与第二节装配的示意图。图2是智能拐杖图1中所示圆圈的局部放大图。图3是智能拐杖的总体结构框图图4是智能拐杖GPS模块系统的硬件连接原理图图5是智能拐杖超声波产生发射电路原理图图6是智能拐杖超声波接收电路原理图图7是智能拐杖报警电路原理图图8是智能拐杖GPS定位系统软件流程图图9是智能拐杖超声波测障报警系统软件流程图附图1和2中1.蜂鸣灯光报警按钮2.反光发光警示灯3.超声波传感器4.拐 杖头5.凹槽6.定位孔7.拐杖第一节杆身8.弹簧座9.弹簧10.卡钮11.第二节杆身 12.拉绳13.推杆14.弹簧座挡环15.栓轴16.凹槽。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。在图1和图2中，显示了拐杖第一节杆身(7)与第二节杆身(11)的装配关系。拐 杖把手(4)竖直安装在第一节杆身(7)上面。拐杖把手(4)前部安装有蜂鸣器，反光发光 警示灯O)，超声波传感器(3)；上部安装有语音提示按钮、蜂鸣灯光报警按钮(1)以及GPS 信号内置接收天线，并分别与内部电子系统设备连接通讯。第二、三、四节杆身能在第一节 杆身内收缩。以第一节与第二节的定位方式为实例，图1中，拐杖两节杆身前部都有一个直线 凹槽(5)，由于有凹槽(5)与凹槽(16)的配合，拐杖第一节(7)与第二节(11)之间只能相 对上下滑动而不能圆周转动。第一节杆身(7)的下部有上中下三排间距相等的定位孔(6)， 同一平面的三个定位孔(6)呈120°圆周分布，它与第二节(11)上部安装在弹簧座上的三 个弹簧卡钮(10)配合。通过调节第二节杆身(11)的卡钮(10)在第一节杆身(7)的上中 下三排定位孔(6)间的不同位置来调整拐杖总长度。第二、三节杆身的下方分别也有一排 呈120°圆周分布的定位孔，并同时与它下一节杆身上部的弹簧卡钮相配合。使用时，盲人可以很容易地摸到凹槽内对应的定位孔(6)，按下此定位孔(6)中的 卡钮(10)，推动推杆(13)，从而向下拉动限位在栓轴(1 上的拉绳(12)，带动另外两个与 拉绳(1 相连的卡钮克服弹簧(9)推力向里缩进，取消卡钮(10)与定位孔(6)间的定位， 进行收起或拉出拐杖动作。松开卡钮(10)，弹簧在推力作用下向外推动卡钮(10)直到从新 找到相应的定位孔(6)并与之定位。图3是本实用新型的整体结构框图。整个电子系统设备利用两节AA型1. 5V电池 或可充电池供电。电池置于电池盒内，电压通过电压转换电路将3V电压转换为5V标准电 压。系统电路启动后，超声波测障电路源源不断地发送并接收超声波，当检测到前方障碍物 已经进入安全距离以内后，蜂鸣器自动发声报警。同时，GPS定位系统也开始工作，地图数 据预先已存放在存储单元内，GPS-OEM板接收到的经纬坐标数据和时间数据通过串口经电 平转换与单片机连接通讯，进行相应的坐标制和时间制转换。确定出的位置坐标经与本地地图数据匹配查表后，准确地得出当前坐标地名文本。工作时，盲人拄着拐杖行走，超声波传感器C3)不断的发射和接收超声波信号，当 检测到前方的障碍物进入警报范围内时，拐杖把手(4)上的蜂鸣器发声报警，提示盲人做 出反应。当盲人不知道当前的地点位置和时间时，按下语音提示按钮，当前地名文本和时间 数据文本送入语音合成芯片中进行文本语音合成输出。语音喇叭语音播报当前的地名与时 间。智能多功能导盲拐杖可以分为五个基本电路(1)单片机工作电路，本实用新型电路板可采用AT89C52单片机作为处理芯片，其 构成的应用系统，具有功耗低、体积小、使用灵活的特点。系统的结构和功能可以根据需求 进行个性化配置，也可以方便地进行系统外设扩展。本实用新型要求GPS-OEM板发送数据， 单片机接收、存储数据。单片机与GPS-OEM板通过串口通信，系统波特率为4800bps，单片机 使用的晶振为11. 059MHz，由这两个数值配置相应的寄存器值。初始化配置通过键盘输入， 定位信息结合电子地图的地点名称，通过语音芯片语音提示输出。同时，单片机P1.0 口控 制超声波发射电路产生发射40KHZ的超声波并启动内部定时器，延时0. Ims后通过边沿跳 变产生单片机所需要的中断请求信号送至P3. 2 口以触发中断，停止计时。计算超声波测得 的距离，与设定的距离相比较确定是否发送报警请求到Pl. 2 口，如图7所示。(2)GPS定位系统电路。如图4所示，本实用新型采用外购的GPS-OEM板利用串口 经电平转换电路与单片机连接通讯。GPS-OEM板向单片机发送数据，单片机从串口接收数据 并将其放置于缓存，这些储存于缓存中的长串字节流信息经过分类、提取流程之后，分离出 时间、坐标等有用的信息。(3)超声波产生发射电路。如图5和图6所示，本实用新型利用单片机P1.0 口发 出的低电平脉冲触发震荡电路产生40KHZ的脉冲信号，并经震荡达林顿管进行功率放大来 驱动超声波传感器的发射器发射超声波信号。同时，单片机计时器开始计时。通过超声波 接收传感器接收反射回来的超声波，利用索尼公司生产的集成芯片CX20106A，引脚7输出 低电平边沿触发产生单片机所需要的中断请求信号到P3. 2 口触发中断停止计时。根据超 声波发射反射所经历的时间，已知超声波传播速度，计算出障碍物与智能拐杖之间的距离， 并与设定的安全距离相比较。(4)报警电路。如图7所示，当单片机计算比较得出障碍物的距离已经小于设定的 安全距离后，单片机Pl. 2 口会形成一个高电平使晶体管导通，触发蜂鸣器报警。当遇到过 马路或需要提醒周围行人注意时，合上开关Kl导通蜂鸣器也可进行手动报警。(5)文本语音合成电路。本实用新型采用外购的文本语音合成芯片直接外接语音 喇叭通过串口与单片机进行实时通讯。文本语音合成芯片实时发送合成命令来实现地图数 据文本的语音合成并通过语音喇叭进行声音输出。
权利要求1.一种智能多功能导盲拐杖，包括拐杖头和四节空心杆身，其特征在于所述的拐杖头 (4)竖直安装在第一节杆身(7)上面，拐杖头(4)前部安装有电池盒、语音喇叭、报警蜂鸣 器、反光发光警示灯O)、超声波发射接收传感器(3)，上部安装有语音提示按钮、蜂鸣灯光 报警按钮(1)，内置GPS信号接收天线和GPS信号、超声波信号、语音信号处理的电子系统设 备；所述的四节空心杆身中第二、三、四节杆身都可以在第一节内收缩，第三节套于第二节 内，第四节套于第三节内，每一节与上一节的定位方式相同。
2.根据权利要求1所述的智能多功能导盲拐杖，其特征在于所述的四节空心杆身前部 都有一个相互配合的直线凹槽(5)，每一节杆身相互之间只能上下滑动以进行收缩，而不能 圆周转动；第一节杆身(7)的下部有上中下三排间距相等的定位孔(6)，同一平面的三个定 位孔(6)呈120°圆周分布，它与第二节(11)上部安装在弹簧座上的三个弹簧卡钮(10)配 合；调节弹簧卡钮(10)在上中下三排孔间位置的配合可以调节拐杖的总长度；第二、三节 杆身的下方分别也有一排呈120°圆周分布的定位孔，并同时与它下一节杆身上部的弹簧 卡钮相配合。
3.根据权利要求2所述的智能多功能导盲拐杖，其特征在于其中的一个定位孔(6)开 在拐杖的凹槽( 上，定位孔(6)内的弹簧卡钮(10)连接着一个推杆(13)，推杆(1 与套 在限位栓轴(1 上的与另外两个弹簧卡钮连接在一起的拉绳(1 配合。
4.根据权利要求1所述的智能多功能导盲拐杖，其特征在于拐杖头内设计安装有 GPS-OEM板，GPS-OEM板通过电平转换芯片利用串口与单片机连接通讯，用来接收、发送位 置坐标与时间信息。
5.根据权利要求1所述的智能多功能导盲拐杖，其特征在于拐杖头内设计安装有 超声波发射接收电路，实时地发射接收超声波信号，计算并比较与设定的安全距离之间的 大小，通过报警电路自动或手动进行蜂鸣器发声警报和警示灯发光提示。
6.根据权利要求1所述的智能多功能导盲拐杖，其特征在于拐杖头内设计安装 有文本语音合成芯片，它通过串口与单片机连接通讯，接收单片机发送的位置、时间文本信 息，进行文本语音合成输出。
专利摘要本实用新型涉及公开了一种新型导盲拐杖，它包括可以收缩的四节中空杆身。每一节杆身都通过弹簧卡钮与上一节杆身下方的定位孔配合相连，拐杖的总长度可以根据需要进行调节。拐杖把手内安装有GPS定位系统和超声波测障系统，并利用单片机来控制文本语音合成芯片，进行定位与时间信息的语音输出。具有GPS坐标定位、超声波测障、语言提示、自动或手动蜂鸣器和灯光提示功能。本实用新型拐杖具有结构紧凑、功能齐全、成本较低、轻便好用等优点。
文档编号A61H3/06GK201870908SQ20102026198
公开日2011年6月22日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者方仁杰, 朱维兵 申请人:西华大学