本发明涉及一种盲人使用的多功能电子拐杖，尤其是能服务于盲人生活方方面面的拐杖。
背景技术：
近几年盲人朋友在道路上遇到险情或在家中出现意外的案例多有报道，市场上现有的盲人拐杖功能比较单一，不能很好地服务于盲人朋友生活的方方面面，并没有起到很好的方便盲人朋友出行和生活的作用。
技术实现要素：
为了克服现有的盲人拐杖功能比较单一，不能很好地服务于盲人朋友的不足，本发明提供一种多功能盲人电子拐杖，该盲人电子拐杖不仅能探测前方障碍物的距离并在距离较近时通过震动向使用者发出警报，而且具有闹钟设置、实时时钟语音播报、收音机娱乐、一氧化碳浓度检测并报警、摔倒检测、GPS定位和通信等功能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明包括警示灯、遥控器、语音模块、一体成型的拐杖把手和拐杖柱身，以及安装在拐杖柱身内部的GPS定位模块、主控制器、摔倒检测模块、GSM模块、电源模块和震动机，还包括主体位于拐杖柱身内部探头伸出拐杖柱身外部的FM发射接收一体模块、一氧化碳传感器模块、红外接收头、超声波模块和光敏传感器；主控制器采用型号为STM32ZET6的芯片；红外接收头的型号为HX1838。所述的光敏传感器将检测到的光亮度信号与通过改变光敏传感器的变阻器阻值所设定的临界值进行对比，输出高电平或低电平到主控制器；当主控制器检测到信号为持续低电平时，控制警示灯点亮。所述FM发射接收一体模块的频道转换和音量大小由主控制器发送的AT指令控制。拐杖柱身的上、中、下三个位置放置三个超声波模块；超声波模块与主控制器相连，主控制器利用内置的一个定时器设定超声波模块每3s发射一次超声波，同时利用内置的另一个定时器对反射回来的超声波的接收时间间隔进行计时，根据时间间隔结合超声波在空气中的传播速度240m/s计算出三个超声波测得的前方障碍物的距离，对算得的三个距离进行冒泡排序，以最小距离作为前方障碍物的距离。当最小距离为50cm时，主控制器控制震动机以100HZ的频率震动，最小距离越小，振动频率越大。GPS定位模块对拐杖柱身的经纬度进行定位；当主控制器控制GSM模块向指定手机发送包含经纬信息的短息或控制语音模块进行语音定位播报时，都会向GPS定位模块读取经纬信息；当使用者通过遥控器设置语音播报拐杖当前前进方向时，主控制器向GPS定位模块5读取经纬信息并通过语音模块进行播报；主控制器中保存的时间信息与主控制器从GPS定位模块读取的卫星同步时间进行比对，当主控制器存储的时间信息与卫星同步时间不同时，校正存储时间为卫星时间以保证拐杖时间系统的正确。主控制器内部存储有时间信息、闹钟设定信息、电话和短信接收方号码。摔倒检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度，主控制器读取三轴陀螺仪和三轴加速度测得的角速度及加速度信息，并进行卡尔曼滤波处理和欧拉拟合得到拐杖柱身的俯仰角和偏航角，进一步计算出两个角度的加速度，当两个角度的加速度达到2m/s2时，判定为拐杖柱身倒地，此时主控制器通过报警器发出报警声；若在30s内使用者没有触发拐杖上的解除警报按键，主控制器将读取、记录GPS定位模块的GPS定位信息，然后通过AT指令控制GSM模块发送短信给提前通过遥控器输入到主控制器中的短信接收方。GSM模块用于实现拐杖的通信功能，通过主控制器发送AT指令给GSM模块，可以控制GSM模块向指定手机拨通电话或发送短信。安放在拐杖柱身表面的可拆卸充电电池为拐杖内部的电源模块供电，电源模块利用降压稳压电路将电池的12V电压转换成可以供主控制器和各个模块使用的5V电压。一氧化碳传感器模块将检测到的CO浓度转换成电压信号，主控制器利用ADC通道采样模拟电压值并将其转换成数字量，当该数字量超过预设的CO安全浓度对应的数字量时，判定为环境CO浓度过高，启动报警器发出警报声，并且发送加有GPS定位信息的求助短信到设定的短信接收方。遥控器上有红外发射头，主控制器通过红外接收头接收到不同的编码信息，根据编码信息的不同确定遥控器的按键。所述的警示灯位于拐杖柱身上部。所述一氧化碳传感器模块的型号为MQ-7。所述的遥控器采用NEC编码的型号为HS-021的遥控器，设有闹钟功能、收音机娱乐功能、GPS定位功能、摔倒检测功能、CO浓度检测功能、GSM通信功能、震动功能的开启和关闭功能，设定电话和短信的接收方号码、闹钟的时分信息、FM播放频道和音量大小，对当前时间和方位信息的语音播报功能。所述的语音模块以ISD4004为核心芯片，提前通过上位机将整数0～9、时、分、秒、厘米、正东、正北、正西、正南、南偏东、南偏西、北偏东、北偏西这些可能用到的语音段存储到ISD4004芯片中，在使用时主控制器通过SPI协议对需要播放的语音段进行地址定位，通过语音模块对信息进行播放，播放的信息包括当前时间、行进方向、前方障碍物距离、经纬度信息。本发明的有益效果是：功能全面、结构简单、携带方便、外观优美、续航能力强，可以很好的服务于盲人朋友的生活。同时带有的通信设备可以在使用者发生摔倒或一氧化碳中毒等突发事故时及时通知其家属，更好的保障盲人朋友的生命安全。附图说明图1是本发明的结构示意图。图中：1、警示灯，2、FM发射接收一体模块，3、超声波模块，4、光敏传感器，5、GPS定位模块，6、主控制器，7、摔倒检测模块，8、GSM模块，9、电源模块，10、电池，11、一氧化碳传感器模块，12、遥控器，13、拐杖把手，14、拐杖柱身，15、震动机，16、语音模块。具体实施方式下面结合附图对本发明进一步说明。如图1所示，多功能盲人电子拐杖，包括警示灯1、遥控器12、语音模块16、一体成型的拐杖把手13和拐杖柱身14，以及安装在拐杖柱身内部的GPS定位模块5、主控制器6、摔倒检测模块7、GSM模块8、电源模块9和震动机15，还包括主体位于拐杖柱身内部探头伸出拐杖柱身外部的FM发射接收一体模块2、一氧化碳传感器模块11、红外接收头(型号HX1838)、超声波模块3和光敏传感器4；主控制器6采用型号为STM32ZET6的芯片。警示灯1位于拐杖柱身14上部；光敏传感器4将检测到的光亮度信号与通过改变光敏传感器4的变阻器阻值所设定的临界值进行对比，输出相应的高低电平到主控制器6；当主控制器检测到信号为持续低电平时，说明周围环境亮度低于设定水平，主控制器6控制警示灯点亮。主控制器6发送AT指令给FM发射接收一体模块2，控制FM发射接收一体模块的频道转换和音量大小。拐杖柱身14的上、中、下三个位置放置三个超声波模块3；超声波模块3与主控制器6相连，主控制器6利用内置的定时器设定每3s发射一次超声波，同时开启另一个定时器对反射回来的超声波的接收时间间隔进行计时，根据时间间隔结合超声波在空气中的传播速度240m/s计算出三个超声波测得的前方障碍物的距离，对算得的三个距离进行冒泡排序，以最小距离作为前方障碍物的距离。当最小距离为50cm时，主控制器控制震动机15以100HZ的频率震动，最小距离越小，振动频率越大。GPS定位模块5对拐杖柱身的经纬度进行定位；当主控制器需要控制GSM模块8向指定手机发送包含经纬信息的短息或需要控制语音模块16进行语音定位播报时，都会向GPS定位模块5读取经纬信息；当使用者通过遥控器设置语音播报拐杖当前前进方向时，主控制器向GPS定位模块5读取经纬信息并通过语音模块16进行播报；将主控制器中保存的时间信息与主控制器从GPS定位模块读取的卫星同步时间进行比对，当主控制器存储的时间信息与卫星同步时间不同时，校正存储时间为卫星时间以保证拐杖时间系统的正确。主控制器6负责所有信息的汇总和处理，协调整个系统的工作，同时其内部存储有时间信息、闹钟设定信息、电话、短信接收方号码。摔倒检测模块7包括三轴陀螺仪和三轴加速度，主控制器读取三轴陀螺仪和三轴加速度测得的角速度及加速度信息，并进行卡尔曼滤波处理和欧拉拟合得到拐杖柱身的俯仰角和偏航角，进一步计算出两个角度的加速度，当两个角度的加速度达到2m/s2时，判定为拐杖柱身倒地，此时主控制器通过报警器发出报警声，帮助盲人朋友找到拐杖；若在30s内使用者没有触发拐杖上的解除警报按键，主控制器6将读取、记录GPS定位模块5的GPS定位信息，然后通过AT指令控制GSM模块发送包含“我需要帮助，我的位置：经纬度(经纬信息)”的短信给提前通过遥控器输入到主控制器中的短信接收方。GSM模块用于实现拐杖的通信功能，通过主控制器发送AT指令给GSM模块8，可以控制GSM模块8向指定手机拨通电话或发送特定内容的短信。安放在拐杖柱身表面的可拆卸充电电池10为拐杖内部的电源模块9供电，电源模块9利用降压稳压电路将电池的12V电压转换成可以供主控制器和各个模块使用的5V电压。一氧化碳传感器模块(型号MQ-7)11将检测到的CO浓度转换成电压信号，主控制器利用ADC通道采样模拟电压值并将其转换成数字量，当该数字量超过预设的CO安全浓度对应的数字量时，判定为环境CO浓度过高，启动报警器发出警报声，并且发送加有GPS定位信息的求助短信到设定的短信接收方。遥控器12是拐杖与人进行交互的桥梁，通过控制遥控器12对拐杖进行设定，方便使用。遥控器12上有红外发射头，不同按键按下，主控制器可以通过安装在其上的红外接收头接收到不同的编码信息，根据编码信息的不同确定用户所按下的按键。遥控器12采用NEC编码的型号为HS-021的遥控器，可以设置闹钟功能、收音机娱乐功能、GPS定位功能、摔倒检测功能、CO浓度检测功能、GSM通信功能、震动功能的开启和关闭，可以设定电话和短信的接收方号码、闹钟的时分信息、FM播放频道和音量大小，对当前时间和方位信息的语音播报。这些功能都是通过主控制器6对指令进行识别，然后采取相应控制措施实现的。语音模块16以ISD4004为核心芯片，该芯片具有存储功能。提前通过上位机将整数0～9、时、分、秒、厘米、正东、正北、正西、正南、南偏东、南偏西、北偏东、北偏西这些可能用到的语音段存储到ISD4004芯片中，在使用时主控制器通过SPI协议对需要播放的语音段进行地址定位，通过语音模块16对信息进行播放。可以播放的信息包括当前时间、行进方向、前方障碍物距离、经纬度信息。