一种多功能导盲设备的制作方法

本发明涉及一种多功能导盲设备，属于导盲设备技术领域。

背景技术：

据统计全球有视力障碍的人大约有1.5亿人，其中盲人大约有4500万，仅在中国就有900多万。他们行走可以通过手杖进行探路。但手杖探测地面的范围是有限的，而且判断不准确。所以他们在路上行走是想当危险的。因为盲人的需求。许多导盲产品应运而生。

虽然好多地方都有导盲道。但大部分场合盲人出行是需要辅助设施才行的。比如导盲犬，盲人电子眼镜，超声波导盲手杖，导盲手推车等。导盲犬训练价格相当昂贵，普通家庭根本负担不起。现有许多的导盲产品不仅价格昂贵，而且很多功能简单，对盲人帮助并不是特别大。比如有的产品只能探测前面水平方向障碍物，漏掉地面上的障碍物以及空中的障碍，这对于盲人来说是相当危险的。很有可能会被绊倒或者掉进沟壑里边，也有可能碰到头部。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种多功能导盲设备，其具体技术方案如下：

一种多功能导盲设备，包括探测装置和折叠式手杖，所述探测装置用于悬挂或佩戴在使用者的胸前，所述探测装置内设置有电源、控制单元、光敏探测模块、超声波测距组、温度检测模块、gps定位模块、身高及安全浮动距离设置模块、蜂鸣器、振动模块、lcd显示屏、语音模块和电灯。

所述控制单元设置有系统开关，所述电源给控制单元、光敏探测模块、超声波测距组、温度检测模块、gps定位模块、身高及安全浮动距离设置模块、蜂鸣器、振动模块、lcd显示屏、语音模块和电灯提供工作电源，所述系统开关设置在电源与控制单元之间，用于接通或者切断控制单元的电源；

所述光敏探测模块与控制单元连接，用于探测当前光照强度，当探测到光照强度小于预设值时，控制单元自动开启电灯；

所述超声波测距组和控制单元连接，发出超声波，根据回波信息判断使用者正前方、头部前上方和脚下前方是否有障碍物，当有障碍物时，将探测信息传给控制单元进行分析，然后根据分析结果使振动模块、蜂鸣器以及语音模块做出相应的动作；

所述温度检测模块与控制单元相连，温度检测模块用于检测周围环境温度，根据测得的温度求取超声波传播速度，给超声波模块进行温度补偿；

所述gps定位模块与控制单元相连，用于定位使用者所处的位置；

所述身高及安全浮动距离设置模块用于设置使用者的身高，从而使得控制单元按照设定的算法计算后获得超声波测距组的安全距离；

所述蜂鸣器与控制单元相连，根据障碍物距离远近发出不同频率的蜂鸣声；

所述振动模块，当出现障碍时出现振动，配合语音模块，蜂鸣器共同起到警示作用；

所述lcd显示屏用于设置使用者的身高；

所述语音模块与控制单元相连，用来做报警提示，当进行身高与浮动安全距离设置时，会发出语音，方便盲人进行设置；

所述折叠式手杖用于使用者手持使用，探测前方地面情况。

所述超声波测距组包含七个超声波测距模块，七个超声波测距模块分三组，第一组有两个超声波测距模块，第二组有两个超声波测距模块，第三组有三个超声波测距模块，第一组超声波测距模块和第三组超声波测距模块的垂直距离是h0，第一组超声波测距模块位于最上方，第三组超声波测距模块位于最下方，第二组超声波测距模块位于第一组超声波测距模块和第三组超声波测距模块之间；

第一组中的两个超声波测距模块均向上倾斜，第二组中的两个超声波测距模块水平设置，第三组中的左右两侧的超声波测距模块向下倾斜，第三组中的中间的超声波测距模块竖直向下。

所述第一组中的两个超声波测距模块向上倾斜40度～50度，第三组中的左右两侧的超声波测距模块向下倾斜40度～50度。

所述身高及安全浮动距离设置模块具体工作方法如下：

设身高为h，安全浮动距离为分别为d1、d2，第三组中间的超声波测距模块测得其对地的距离为h1，第一组中的两个超声波测距模块向上倾斜角度为α，第三组中的左右两侧的超声波测距模块向下倾斜角度为β，第三组中的左右两侧的超声波测距模块的安全探测距离是第一组中的两个超声波测距模块的安全探测距离h2＝h1/sinα。

所述超声波测距组采取循环逐个工作的方式，第三组中的中间的超声波测距模块测得其距地面的高度h1，然后根据身高及浮动安全距离设置模块设置一定的浮动安全距离d1，正常地面平坦的情况下，根据身高等计算出的h2-d1是一个定值，

当第三组中的左右两侧的超声波测距模块测得的距离小于h2-d1的值的时候，说明地面上有突起的障碍物，蜂鸣器开始鸣叫，并随着接近障碍物鸣叫频率加快，振动模块振动，语音模块提示前方地面有突起障碍物，

当测得的距离大于h2+d1的值的时候，说明前面有凹陷，蜂鸣器开始鸣叫，并随着接近障碍物鸣叫频率加快，振动模块振动，语音模块提示前方路面有凹陷；

设定第一组中的两个超声波测距模块的浮动距离为d2，当测得的距离小于h1+d2的时候，说明前方上空有障碍物，蜂鸣器鸣叫，振动模块振动，语音模块提示前方上空有障碍物；

第二组中的两个超声波测距模块探测正前方是否有障碍物，当有障碍物时，蜂鸣器鸣叫，振动模块振动，语音模块提示正前方有障碍物。

本发明的有益效果是：

本发明帮助盲人独自出行时躲避障碍，有危险时能够做到及时提醒。当迷路时能够通过定位及时帮家里人找到使用者。

折叠式手杖配合胸前超声探测装置使用，使行走更安全，当不需要时可以收起来，很方便。

本发明不同以往的超声波导盲手杖只能探测水平方向的障碍物。前方地面凸起及凹陷都可以探测，空中的障碍物也可以探测。使得探测信息更准确。

本发明的装置更容易携带。主设备只要佩戴固定于胸前就可以，也不用担心丢失。辅助折叠手杖不用的时候可以收起来放进随身携带的包里。不会像普通导盲手杖那么不方便携带。

本发明同时还自带定位装置，当不小心迷路的时候，家里人可以通过它更快的找到使用者。

本发明另外振动模块，蜂鸣器、语音模块共同作用可以防止因为某种特殊状况错过提示，发生不必要的危险。

附图说明

图1是探测装置的模块框图，

图2是超声波测距组内的分布示意图，

图3是各个超声波测距模块工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是探测装置的模块框图，图2是超声波测距组内的分布示意图，图中的圆表示超声波测距模块，从上到下依次为第一组超声波测距模块、第二组超声波测距模块和第三组超声波测距模块；图3是各个超声波测距模块工作原理示意图。

结合附图可见，本多功能导盲设备，包括探测装置和折叠式手杖，所述探测装置用于悬挂或佩戴在使用者的胸前，所述探测装置内设置有电源、控制单元、光敏探测模块、超声波测距组、温度检测模块、gps定位模块、身高及安全浮动距离设置模块、蜂鸣器、振动模块、lcd显示屏、语音模块和电灯。

所述控制单元设置有系统开关，所述电源给控制单元、光敏探测模块、超声波测距组、温度检测模块、gps定位模块、身高及安全浮动距离设置模块、蜂鸣器、振动模块、lcd显示屏、语音模块和电灯提供工作电源，所述系统开关设置在电源与控制单元之间，用于接通或者切断控制单元的电源。

所述光敏探测模块与控制单元连接，用于探测当前光照强度，当探测到光照强度小于预设值时，控制单元自动开启电灯。

所述超声波测距组和控制单元连接，发出超声波，根据回波信息判断使用者正前方、头部前上方和脚下前方是否有障碍物，当有障碍物时，将探测信息传给控制单元进行分析，然后根据分析结果使振动模块、蜂鸣器以及语音模块做出相应的动作。

所述温度检测模块与控制单元相连，温度检测模块用于检测周围环境温度，根据测得的温度求取超声波传播速度，给超声波模块进行温度补偿。

所述gps定位模块与控制单元相连，用于定位使用者所处的位置。

所述身高及安全浮动距离设置模块用于设置使用者的身高，从而使得控制单元按照设定的算法计算后获得超声波测距组的安全距离。

所述蜂鸣器与控制单元相连，根据障碍物距离远近发出不同频率的蜂鸣声。所述振动模块，当出现障碍时出现振动，配合语音模块，蜂鸣器共同起到警示作用。

所述lcd显示屏用于设置使用者的身高。

所述语音模块与控制单元相连，用来做报警提示，当进行身高与浮动安全距离设置时，会发出语音，方便盲人进行设置。

所述折叠式手杖用于使用者手持使用，探测前方地面情况。配合折叠式手杖使用，使用者更有安全感。

所述超声波测距组包含七个超声波测距模块，七个超声波测距模块分三组，第一组有两个超声波测距模块，第二组有两个超声波测距模块，第三组有三个超声波测距模块，第一组超声波测距模块和第三组超声波测距模块的垂直距离是h0，第一组超声波测距模块位于最上方，第三组超声波测距模块位于最下方，第二组超声波测距模块位于第一组超声波测距模块和第三组超声波测距模块之间。七个超声波测距模块朝向不同的方向，便于能够全方位监测使用者的前方、前方上方，前方下方等位置。

所述第一组中的两个超声波测距模块向上倾斜40度～50度，用于监测使用者头部上方是否有障碍物。

第二组中的两个超声波测距模块水平设置，用于监测使用者正前方的情况。

第三组中的左右两侧的超声波测距模块向下倾斜40度～50度，用于监测使用者脚下前方是否有障碍物。

第三组中的中间的超声波测距模块竖直向下，用于监测使用者脚下情况。

所述身高及安全浮动距离设置模块具体工作方法如下：

设身高为h，安全浮动距离为分别为d1、d2，第三组中间的超声波测距模块测得其对地的距离为h1，第一组中的两个超声波测距模块向上倾斜角度为α，第三组中的左右两侧的超声波测距模块向下倾斜角度为β，第三组中的左右两侧的超声波测距模块的安全探测距离是第一组中的两个超声波测距模块的安全探测距离h2＝h1/sinα。

作为本发明的一个具体实施例：α和β均选用45°，也可以根据使用者的身高设定40度～50度中的任意角度。

所述超声波测距组采取循环逐个工作的方式，第三组中的中间的超声波测距模块测得其距地面的高度h1，然后根据身高及浮动安全距离设置模块设置一定的浮动安全距离d1，正常地面平坦的情况下，根据身高等计算出的h2-d1是一个定值。

当第三组中的左右两侧的超声波测距模块测得的距离小于h2-d1的值的时候，说明地面上有突起的障碍物，蜂鸣器开始鸣叫，并随着接近障碍物鸣叫频率加快，振动模块振动，语音模块提示前方地面有突起障碍物。

当测得的距离大于h2+d1的值的时候，说明前面有凹陷，蜂鸣器开始鸣叫，并随着接近障碍物鸣叫频率加快，振动模块振动，语音模块提示前方路面有凹陷。

设定第一组中的两个超声波测距模块的浮动距离为d2，当测得的距离小于h1+d2的时候，说明前方上空有障碍物，蜂鸣器鸣叫，振动模块振动，语音模块提示前方上空有障碍物。

第二组中的两个超声波测距模块探测正前方是否有障碍物，当有障碍物时，蜂鸣器鸣叫，振动模块振动，语音模块提示正前方有障碍物。

控制单元工作过程如下：控制超声波模块组里边的各个模块按一定的顺序执行，超声波模块发射超声波遇到障碍物反射回来，根据反射回来的信号得出声波的传输时间t。通过求出距离。然后控制器分析距离与预设的安全距离之间的关系，从而决定是否驱动蜂鸣器，振动模块、语音模块等工作。如此反复循环执行。

根据语音等模块的提示，使用者配合使用所设计的手杖做进一步探测，确保能够更加安全的行进。

下面给出作为本发明的一个具体实施例的各个模块的选用型号，控制单元选用stm32f103单片机，超声波模块选用hc-sr04，为了节省控制器io口，通过一个8路信号复用芯片74hc151，分时选通7个超声波传感器。振动模块选用lx0834l微型振动马达，stm32系列单片机大多内置有温度传感器，但是测量温度一般较环境温度偏高，所以还是在外围选用ds18b20采集环境温度，语音芯片选用isd4004，光敏探测用光敏电阻即可，gps定位选用sim808模块。

工作过程如下：首先根据使用者身高通过按键进行初始设置，系统通电以后，超声波模块发射超声波，温度测量模块测量环境温度，控制器根据测量的温度得到超声波传播速度，然后根据回波时间计算出各个传感器到障碍物距离，将测得的距离与预设值进行比较，然后控制器控制蜂鸣器，振动模块，语音模块做出相应的动作。在天色变暗的时候，控制器根据光敏探测模块的信息控制电灯的开启。当使用者迷路的时候，可以启动gps定位模块，sim808模块会将使用者的位置信息通过短信的方式传到预设的手机号码上，使用者家人根据手机信息通过googleearth就可以查到使用者的位置。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。