一种基于测距提醒的智能盲杖的制作方法

本实用新型涉及智能辅助器械技术领域，特别是指一种基于测距提醒的智能盲杖。

背景技术：

盲人的生活有诸多不便，人类的感知行为是人类了解环境的基本能力之一，人类要认识外界事物，就要对来自各种通道的信息进行组织和加工处理后的，形成对客观事物个别属性的整体认识，而盲人由于视觉的缺失，无法像明眼人一样察觉到事物的颜色、形态、方位、大小等。盲人在行走过程无法了解到前方是否有障碍物存在，难免出现撞到障碍物的情况。纵观目前市场上的盲人助行产品，还远远不能满足目标使用者的需求。而就目前而言，可供选择的助行产品较少，从我国市场现有状况来讲，由于其特殊性，只有一些专业医疗器具的商家出售，而这些商家多为单品销售，可供选择的盲杖，多为传统型盲杖——可折叠式或直杖，只是因材质的不同而价位有所变化。无障碍设施在我国发展仍不健全，盲道建设的比重在建设施工中的比例较小，使用率不高等因素使盲道从用料到施工都存在着缺陷，普通盲杖远远无法满足当前盲人出行需要。而另一种方式导盲犬因为数量少、培训周期长、价格高昂、部分场所受限等因素也无法大面积推广，很难使数以万计的盲人受益。

同时，国内对于智能盲杖也进行了大量的研究，如：天津大学电气与自动化工程学院冯伟(“杖,非障”智能盲杖[D].天津大学,2016.)设计了一种集成了GSM基站定位器、温度传感器产品，该“盲杖”通过向盲杖发送短信获取盲人位置；上海电器科学研究所的包革(一种数字化矢量智能盲杖、智能盲道系统[D].上海电器科学研究所,2015)智能盲杖包括语音信息发布装置、电池管理系统、计算机数据处理系统、RFID远程读卡器及传感器、外部信息交换系统、区域信息交换机。将GPRS等技术运用在智能盲杖中，能够有效地解决盲人出行迷路、安全性不高的问题，使普通盲杖实现智能化。但上述经验也都存在造价较高，技术实现难度大，盲人使用不方便的特点，并且很少考虑节电性能导致盲杖需要经常充电，对于盲人使用来说都是很大的不便，另外很多盲杖采用语音提醒的方式，在马路嘈杂的环境中会降低实用功效，故其在推广上都有相当大的难度。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于测距提醒的智能盲杖，该产品通过采用灵敏度较高的传感器架构及程序设计，通过超声波实时扫描来探测前方2-3米的障碍物并通过手柄处震动强弱来向使用者反馈信息。

该智能盲杖包括把手和支柱，其中，把手安装在支柱上端，支柱下端安装滚动装置，支柱下方内部安装超声波测距模块，把手上设置振动模块和红外光电开关，把手上留有USB接口，把手内部设置硬件控制系统，硬件控制系统与超声波测距模块相连，硬件控制系统控制振动模块的振动幅度。

其中，硬件控制系统中采用ATmega16单片机对超声波测距模块的数据进行采集。

超声波测距模块采用RCW-0001超声波测距模块，能够实现前方左右30度范围内障碍物的检测。

振动模块采用1027振动模块，振动模块安装在把手内侧，通过改变振动强度反应障碍物距离远近。

硬件控制系统中采用DS18B20模块纠正超声波采集数据误差。

采用FC-123红外光电开关，盲人触摸即开机，否则处于休眠状态，既排除了盲人摸索开关的困扰，又极大的提高了续航能力。

采取USB接口供电，从盲人角度出发，保证产品的方便性、实用性。

支柱外部安装LED灯或贴有荧光贴纸，在确保安全性能的同时增强了美观。

从力学角度分析底部改为滚动装置，方面省力使用。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

该产品是普通盲杖向智能盲杖的延伸，打破了传统盲杖的局限，不再只是单向接受盲人指令，还能进行自己判断，之后反馈给盲人，具有巨大的开发潜力。采用探测范围广，检测精度高的RCW-0001超声波测距模块，大大提高了整个产品硬件系统的灵活性，适用于盲人以及低视力群体出行。

本实用新型是在实地调查走访后针对盲人出行极其不便而衍生出来的产品，主要应用在社区、马路等车辆比较集中或障碍物较多的环境，是一款可以实时为盲人使用者判断前方障碍物距离并及时震动提醒的产品，它方便、准确、操作性强，为解决盲人独自出行安全系数低的现实情况提供了有效的解决方案。

附图说明

图1为本实用新型的基于测距提醒的智能盲杖结构示意图；

图2为本实用新型智能盲杖的主程序流程图；

图3为本实用新型智能盲杖的超声波传感器模块测距原理框图。

其中：1-把手；2-支柱；3-滚动装置；4-超声波测距模块；5-振动模块；6-红外光电开关；7-USB接口；8-硬件控制系统。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种基于测距提醒的智能盲杖。

如图1所示，该智能盲杖中，把手1安装在支柱2上端，支柱2下端安装滚动装置3，支柱2下方内部安装超声波测距模块4，把手1上设置振动模块5和红外光电开关6，把手1上留有USB接口7，把手1内部设置硬件控制系统8，硬件控制系统8与超声波测距模块4相连，硬件控制系统8控制振动模块5的振动幅度。

在实际使用过程中，通过把手处外置的红外光电开关判断盲人是否处于使用状态，若判断产品当前处于无人使用状态，则自动启动Watchdog休眠功能；若判断产品当前处于使用状态，则单片机启动主程序，开启定时器，传感器结点通过超声波传感器采集盲杖扫描前方30度范围内障碍物信息，并将信息值返回单片机，单片机将该数值送达DS13B20传感器进行温度修正，修正后的数据再次送达单片机，进入定时器配置，根据此时数值大小产生相对应的PWM波，同时，单片机将处理后的PWM波数据发送至把手处振动模块，产生不同频率的震动，从而根据强弱来反应障碍物距离大小。原理如图2所示。

超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出：D＝ct/2。

如图3所示，RCW-0001超声波测距模块共有四个接口：Vcc、Trig(控制端)、Echo(接收端)、Gnd控制口发一个10US以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离，如此不断的周期测，就可以达到移动测量的数值。

红外线光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成的。发射器用来发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管(LED)和激光二极管；接收器由光电二极管或光电三极管组成。开关的闭合或断开是由检测电路的返回值决定的。

DS18B20温度测量模块是可以检测环境温度并返回摄氏温度值的一个传感器模块。DS18B20模块除了GND和VCC这两条电源线之外，只有一条数据线。因此这条数据线要承担数据输入和数据输出的两个功能。在得到温度后，就可以利用温度与速度的关系式进行带入计算，从而得出当前温度下的声音速度大小，用来对超声波实际传播距离进行相应修正，减少了误差。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。