道路图像信息，送入单片机进行处理，单片机采用人工神经网络算法和模糊图像识别算法对数据进行计算处理，以提取盲道特征信息，进而通过控制舵机带动万向轮转向，同时人轻推盲杖作为动力，使轮子带着盲杖和盲人一直行走在盲道中间。
[0031]直行时，COMS摄像头可探测到小车前方I米处的路况，COMS摄像头将采集的信息传输给单片机后，经过单片机处理，从而通过舵机控制小车一直走在盲道上；再辅以灰度传感器识别盲道与正常道路，当小车偏离盲道时，灰度传感器可检测出小车已经偏离盲道，单片机接收到灰度传感器传送的信息后经处理通过舵机调整小车方向，保障小车一直沿着盲道行驶。小车在运动过程中，控制装置会每隔一定时间就会给杖体一个由直流电机触发的向前的力，让盲人始终觉得在向前走。
[0032]当有转弯时，COMS摄像头首先会探测到前方需要转弯的路况，该信息经单片机处理后可得出具体的转弯方向及转向角度，进一步通过舵机控制小车专享。转向过程中灰度传感器也可检测出小车是否已经偏离盲道，单片机处理该信息后向舵机发出控制信号，舵机内部产生电压差，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转，电机正转时小车左转，电机反转时小车右转，从而控制小车的转向，进一步通过调整小车方向，使小车一直沿着盲道行驶。
[0033]成功转向后，电机转速就不再变化，当电机转速恒定时，通过减速齿轮组带动位置反馈传感器旋转，使得电压差为零，电机停止转动，小车恢复向前直行。
[0034]为给盲人带来更多出行方便，本实用新型的控制装置中还设置了与单片机连接的超声波监测模块、GPS模块、GSM短信模块、语音播报模块、蓝牙模块以及防丢模块，上述模块与单片机的连接关系如图2所示，各模块的功能与工作原理具体如下所述。
[0035]超声波监测模块LM1812设置小车前部，由超声波发生器和超声波接收器两个部分组成，超声波发生器探测前方一定范围内是否有障碍物存在，并将探测新型传送给超声波接收器，超声波接收器根据接收的信息计算障碍物与小车的距离后传送给单片机的第一串口，单片机可结合超声波监测模块检测的结果通过控制舵机来进一步控制万向轮的行进方向。
[0036]GPS模块包括GPS接收电路和GPS接收天线，用于接收GPS卫星信号，从而确定盲杖以及盲人的具体位置，并将信息发送到单片机的1 口。GSM短信模块采用TC35，与单片机的串行异步通信接口 PC2连接，可将GPS采集的经玮度信息编辑成短信，根据单片机的指令向与之绑定的移动终端发送远程短信求助。
[0037]语音播报模块采用ISD1420芯片，可进行语音信号的编辑、存储，语音播报模块与单片机的数据端口 PA0~PA7连接，用于根据单片机的指令发出障碍物距离报警、转弯提示等语音信息。ISD1420芯片为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成，一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成，体积小，方便嵌装使用。语音播报模块还可实时录音，然后利用GSM短信模块将录音发送送给家人，让家人知道盲人当下状况。
[0038]蓝牙模块采用蓝牙4.0，与单片机的通信端口 TXD/RXD连接，用于将语音播报模块中存储的预警提示、转弯提示及家人对话等语音信息传输到盲人佩戴的蓝牙耳机上，起到语音提示作用。
[0039]防丢模块，用于防止盲人与盲杖分离时间过久而丢失。包括设置在杖体上的报警器、RFID读写器、天线以及佩戴在盲人身上的RFID电子标签，RFID读写器读取天线范围内的RFID电子标签，RFID读写器的输出端分别与报警器和单片机的第二串口 PCl连接。当盲人不在RFID天线范围内时，报警器发出警告，警告持续I分钟后，若盲人没有回到天线范围内，则利用GSM短信模块自动向其家人发送GPS模块采集的盲杖所在的经玮度信息，以便家人及时得知盲人走失?目息。
【主权项】
1.一种自主导航的导盲杖，包括杖体，其特征在于:所述杖体的底端设有引领杖体前行的小车，小车的底部设有万向轮，小车上设有控制万向轮运动方向的控制装置；所述控制装置包括摄像头、灰度传感器、单片机以及舵机，单片机的信号输入端分别与摄像头和灰度传感器连接，单片机的输出端连接舵机的受控端，舵机通过连接件连接万向轮的旋转轴。2.根据权利要求1所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述舵机包括舵盘和设置在舵盘内的驱动电路、直流电机、减速齿轮组以及用于采集万向轮实际位置信息的位置反馈传感器，所述驱动电路的输入端连接单片机的输出端，驱动电路的输出端连接直流电机的输入端，直流电机的输出轴分别与连接件的顶端和减速齿轮组连接，减速齿轮组的输出轴连接位置反馈传感器，位置反馈电位器的输出端连接至驱动电路。3.根据权利要求2所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述小车设有左万向轮和右万向轮，左万向轮旋转轴的内侧固连有左半轴，右万向轮旋转轴的内侧固连有右半轴，左半轴和右半轴的相对端分别与连接件的底端配装。4.根据权利要求3所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述控制装置还包括设置小车前部的超声波监测模块，超声波监测模块的输出端连接单片机的第一串口。5.根据权利要求4所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述控制装置还包括GPS模块，GPS模块的信号输出端连接单片机的1 口。6.根据权利要求1或5所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述控制装置还设有防丢模块，防丢模块包括设置在杖体上的报警器、RFID读写器、天线以及佩戴在盲人身上的RFID电子标签，RFID读写器读取天线范围内的RFID电子标签，RFID读写器的输出端分别与报警器和单片机的第二串口连接。7.根据权利要求6所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述防丢模块还包括GSM短信模块，GSM短信模块与单片机的第三串口连接。8.根据权利要求7所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述控制装置还包括语音播报模块，语音播报模块与单片机的数据端口连接。9.根据权利要求8所述的自主导航的导盲杖，其特征在于:所述控制装置还包括蓝牙模块，蓝牙模块与单片机的通信端口连接。
【专利摘要】一种自主导航的导盲杖，包括杖体，所述杖体的底端设有引领杖体前行的小车，小车的底部设有万向轮，小车上设有控制万向轮运动方向的控制装置；所述控制装置包括摄像头、灰度传感器、单片机以及舵机，单片机的信号输入端分别与摄像头和灰度传感器连接，单片机的输出端连接舵机的受控端，舵机通过连接件连接万向轮的旋转轴。本实用新型通过在杖体底部设置小车，以盲人前行时产生的冲力作为小车动力，通过舵机扭力控制万向轮方向，引领着盲人行走，从而实现盲杖的自主导航，改善了盲人行走能力，提高了盲人出行质量。
【IPC分类】A61H3/06
【公开号】CN204890520
【申请号】CN201520626407
【发明人】李保罡, 徐剑, 彭飞, 付凯
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月19日