本實(shí)用新型涉及一種多功能盲人智能拐杖。

背景技術(shù)：

拐杖成為老人或殘疾人的一種必須的輔助出行工具，但是目前的拐杖形式大多比較單一，無(wú)法更好的實(shí)安全輔助的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：

本實(shí)用新型提供一種多功能盲人智能拐杖，其目的是解決以往所存在的問題。

技術(shù)方案：

一種多功能盲人智能拐杖,包括拐杖體,其特征在于:該智能拐杖還包括障礙測(cè)距單元、方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機(jī)主控系統(tǒng)；障礙測(cè)距單元、方位辨別單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元和定位顯示單元均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)。

方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機(jī)主控系統(tǒng)均設(shè)置在拐杖體內(nèi)；障礙測(cè)距單元包括紅外電器開關(guān)和振動(dòng)馬達(dá)，紅外電器開關(guān)和振動(dòng)馬達(dá)均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)；紅外電器開關(guān)設(shè)置在拐杖體的上下兩端；方位辨識(shí)單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的方位指南模塊；時(shí)間播報(bào)單元包括時(shí)鐘模塊和顯示模塊，時(shí)鐘模塊和顯示模塊均與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接；語(yǔ)音播報(bào)單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的語(yǔ)音模塊；緊急求助單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的ＧＳＭ通信模塊；定位顯示單元包括GPS定位模塊和PC機(jī)，GPS定位模塊和PC機(jī)均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)。

該拐杖還包括供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)供電，供電系統(tǒng)包括電池和電源模塊，電池連接電源模塊，電源模塊連接單片機(jī)主控系統(tǒng)。

在拐杖體的握柄處設(shè)置有連接障礙測(cè)距單元、方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、緊急求助單元和定位顯示單元的按鍵。

方位指南模塊為電子羅盤。

該智能拐杖還包括穩(wěn)定系統(tǒng)，該穩(wěn)定系統(tǒng)包括上拉桿、下推桿和扭轉(zhuǎn)齒輪，上拉桿和下推桿分設(shè)于扭轉(zhuǎn)齒輪的兩側(cè)，上拉桿的下端設(shè)置有與扭轉(zhuǎn)齒輪嚙合的齒條，上拉桿的上端通過轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)杠桿的一端連接，驅(qū)動(dòng)杠桿的另一端伸出拐杖體外握柄的上方，驅(qū)動(dòng)杠桿以支點(diǎn)軸為支點(diǎn)；下推桿的上端設(shè)置有與扭轉(zhuǎn)齒輪嚙合的齒條，下端通過活動(dòng)軸與支腿的一端活動(dòng)連接，支腿的另一端伸進(jìn)拐杖體立桿側(cè)壁的斜向下的通孔內(nèi)，支腿在下推桿下移時(shí)從通孔伸出拐杖體側(cè)壁并與拐杖體形成斜向下的三角支撐。

支腿為多個(gè)，支腿伸出時(shí)均勻的分布于拐杖體四周。

在驅(qū)動(dòng)杠桿與握柄之間設(shè)置有復(fù)位彈簧。

優(yōu)點(diǎn)及效果：

本實(shí)用新型提供了一種多功能盲人智能拐杖，其以單片機(jī)為核心，對(duì)智能拐杖進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，共有7大模塊組成，分別是障礙檢測(cè)、方位辨別、時(shí)鐘播報(bào)、語(yǔ)音模塊、振動(dòng)馬達(dá)、雙向通話和GPS定位。其中語(yǔ)音模塊是拐杖和使用者之間的溝通媒介，語(yǔ)音模塊可以告知使用者前方是否有障礙、當(dāng)前所在方位、當(dāng)前時(shí)間以及有無(wú)來(lái)電等。為了更好地檢測(cè)前方障礙，我們?cè)诠照鹊纳舷聝啥朔謩e放置了紅外電氣開關(guān)。當(dāng)前方有障礙時(shí)，除了語(yǔ)音播報(bào)還可以利用振動(dòng)馬達(dá)來(lái)提醒盲人，以防盲人在環(huán)境嘈雜的情況下聽不清語(yǔ)音提示。為了方便盲人朋友在緊急的情況下更好地與外界取得聯(lián)系，該拐杖增加了雙向通話的功能，方便盲人朋友的使用。同時(shí)，為了使拐杖更加智能化，本文加入了GPS定位功能，然后利用GPRS通信，將定位數(shù)據(jù)傳送到利用VC++編寫的上位機(jī)顯示界面中，顯示使用者的當(dāng)前位置。本文的所有功能均由按鍵來(lái)控制，每個(gè)按鍵上都會(huì)刻上不同的標(biāo)識(shí)，方便盲人朋友進(jìn)行識(shí)別。

附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為障礙測(cè)距原理框圖；

圖3為方位指南框圖；

圖4為語(yǔ)音播報(bào)框圖；

圖5為時(shí)間播報(bào)框圖；

圖6為GSM通信框圖；

圖7為GPS定位框圖；

圖8為穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為穩(wěn)定系統(tǒng)使用狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：

一種多功能盲人智能拐杖,包括拐杖體,該智能拐杖還包括障礙測(cè)距單元、方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機(jī)主控系統(tǒng)；障礙測(cè)距單元、方位辨別單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元和定位顯示單元均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)。

方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機(jī)主控系統(tǒng)均設(shè)置在拐杖體內(nèi)；障礙測(cè)距單元包括紅外電器開關(guān)和振動(dòng)馬達(dá)，紅外電器開關(guān)和振動(dòng)馬達(dá)均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)；紅外電器開關(guān)設(shè)置在拐杖體的上下兩端；方位辨識(shí)單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的方位指南模塊；時(shí)間播報(bào)單元包括時(shí)鐘模塊和顯示模塊，時(shí)鐘模塊和顯示模塊均與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接；語(yǔ)音播報(bào)單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的語(yǔ)音模塊；緊急求助單元為與單片機(jī)主控系統(tǒng)連接的ＧＳＭ通信模塊；定位顯示單元包括GPS定位模塊和PC機(jī)，GPS定位模塊和PC機(jī)均連接至單片機(jī)主控系統(tǒng)。

該拐杖還包括供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)供電，供電系統(tǒng)包括電池和電源模塊，電池連接電源模塊，電源模塊連接單片機(jī)主控系統(tǒng)。

在拐杖體的握柄處設(shè)置有連接障礙測(cè)距單元、方位辨識(shí)單元、時(shí)間播報(bào)單元、緊急求助單元和定位顯示單元的按鍵。

方位指南模塊為電子羅盤。

該智能拐杖還包括穩(wěn)定系統(tǒng)，該穩(wěn)定系統(tǒng)包括上拉桿1、下推桿2和扭轉(zhuǎn)齒輪3，上拉桿1和下推桿2分設(shè)于扭轉(zhuǎn)齒輪3的兩側(cè)，上拉桿1的下端設(shè)置有與扭轉(zhuǎn)齒輪3嚙合的齒條，上拉桿1的上端通過轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)杠桿4的一端連接，驅(qū)動(dòng)杠桿4的另一端伸出拐杖體外握柄的上方，驅(qū)動(dòng)杠桿4以支點(diǎn)軸5為支點(diǎn)；下推桿2的上端設(shè)置有與扭轉(zhuǎn)齒輪3嚙合的齒條，下端通過活動(dòng)軸與支腿7的一端活動(dòng)連接，支腿7的另一端伸進(jìn)拐杖體立桿側(cè)壁的斜向下的通孔8內(nèi)，支腿7在下推桿2下移時(shí)從通孔8伸出拐杖體側(cè)壁并與拐杖體形成斜向下的三角支撐。

支腿7為多個(gè)，支腿7伸出時(shí)均勻的分布于拐杖體四周。在驅(qū)動(dòng)杠桿4與握柄6之間設(shè)置有復(fù)位彈簧9。

該穩(wěn)定系統(tǒng)使用時(shí)，握住握柄6向下壓驅(qū)動(dòng)杠桿4，此時(shí)上拉桿1上移并嚙合扭轉(zhuǎn)齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，下推桿2下移并將支腿7從通孔8頂出，使得支腿7與拐杖體立桿之間形成三角支撐，以實(shí)現(xiàn)使用的穩(wěn)定性和安全性。而在不需要支腿7時(shí),手壓驅(qū)動(dòng)杠桿4的力消失, 支腿7收回,以減小空間的占用。

各模塊工作過程介紹

紅外電氣開關(guān)避障模塊

紅外電氣開關(guān)是避障模塊中的一部分，是導(dǎo)盲杖的“眼睛”。它性能的優(yōu)劣會(huì)在很大程度上影響該導(dǎo)盲杖功能的發(fā)揮。為了更好地檢測(cè)前方障礙，我們?cè)诠照鹊纳舷聝啥朔謩e放置了紅外電氣開關(guān)，當(dāng)按下障礙檢測(cè)按鍵，進(jìn)入障礙檢測(cè)模式。紅外電氣開關(guān)檢測(cè)到使用者前方30厘米以內(nèi)有障礙物時(shí)，輸出低電平，單片機(jī)的控制引腳檢測(cè)到該低電平后，進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)“前方有障礙”。考慮到周圍環(huán)境嘈雜，使用者可能聽不清語(yǔ)音提示的情況，我們?cè)诠照仁直?，安裝了振動(dòng)馬達(dá)，檢測(cè)到障礙物時(shí)馬達(dá)也會(huì)振動(dòng)提醒使用者前方有障礙。測(cè)距原理框圖如圖2所示。

電子羅盤指南模塊

為了幫助使用者能夠更好地辨識(shí)方向，使用了HMC5883L數(shù)字羅盤對(duì)方向進(jìn)行識(shí)別。單片機(jī)與電子羅盤之間通過I2C總線進(jìn)行通信，電子指南原理框圖如圖3所示。當(dāng)方向辨別按鍵被按下后，可通過語(yǔ)音播報(bào)“東”,“南”，“西”，“北”，“東南”，“東北”，“西南”，“西北”8個(gè)方位。

語(yǔ)音播報(bào)模塊

為了實(shí)現(xiàn)拐杖的智能化，語(yǔ)音模塊是不可缺少的。語(yǔ)音播報(bào)的原理框圖如圖4所示。中央控制器通過四根控制線SCLK、MOSI、MISO、/SS的SPI協(xié)議對(duì)ISD1700進(jìn)行串口通信。將ISD1700作為從機(jī)，操作都可以通過SPI協(xié)議來(lái)完成。SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使單片機(jī)與外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。接口信號(hào)MOSI(MISO)是指主器件數(shù)據(jù)輸出(輸入)，從器件數(shù)據(jù)輸入(輸出)；SCLK是由主器件產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)；/SS是由主器件控制的從器件使能信號(hào)。設(shè)計(jì)中，語(yǔ)音模塊用于對(duì)前方障礙物進(jìn)行提示、對(duì)前方方向進(jìn)行說明、來(lái)電響鈴、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鐘和時(shí)間播報(bào)。

時(shí)鐘顯示模塊

時(shí)鐘模塊選用ds1302時(shí)鐘芯片。該模塊能夠提供當(dāng)前時(shí)間、星期、月份和年份等信息，也通過時(shí)鐘設(shè)定按鍵設(shè)置這些信息，還可以通過按鍵設(shè)置鬧鐘。時(shí)鐘模塊不但具有閏年補(bǔ)償功能，而且當(dāng)月份的天數(shù)小于31天時(shí)還可以自動(dòng)調(diào)整。由于ds1302芯片具有備用電池引腳，所以將紐扣電池連接到該引腳上，使得外部斷電后，時(shí)鐘芯片依然可以正常工作。

顯示模塊使用液晶12864進(jìn)行顯示。顯示模塊主要用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，即當(dāng)時(shí)鐘模塊走時(shí)出現(xiàn)偏差時(shí)，可以通過預(yù)先設(shè)置的按鍵來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)也有利于設(shè)置鬧鐘的時(shí)間，家人通過給盲人設(shè)置鬧鐘來(lái)提醒盲人到了該做某件事的時(shí)間，有利于人們更方便的使用。時(shí)鐘顯示模塊的整體框圖如圖5所示。

GSM通信模塊

為了使盲人能夠在危急情況下呼叫家人，本次設(shè)計(jì)采用了SIM900A通信模塊，實(shí)現(xiàn)一鍵求救和接聽電話即雙向通話功能。使用前需要在模塊上安裝一張有話費(fèi)的電話卡，插上耳機(jī)和麥克后，通過控制按鍵便可以向指定號(hào)碼撥打電話，對(duì)方接聽后便可以進(jìn)行通話，給使用者帶來(lái)便利。該模塊通過串口TXD、RXD與單片機(jī)串口相連接，實(shí)現(xiàn)一鍵打電話和接聽電話功能。GSM通信模塊的整體框圖如圖6所示。

定位模塊

為了幫助盲人朋友更方便地出行，在拐杖中加入了GPS定位功能。當(dāng)盲人朋友迷路時(shí)，可以按下允許GPS定位按鍵，家人便可以在pc機(jī)上看到盲人所在的位置，然后將位置告知使用者或者將使用者接回。該模塊通過串口與單片機(jī)連接，在允許定位按鍵按下后，GPS模塊開始定位，經(jīng)經(jīng)緯度信息通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后單片機(jī)再將該信息傳送給SIM900A模塊，利用GPRS通信將經(jīng)緯度信息傳送給上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過處理將經(jīng)緯度信息代表的位置顯示在地圖上。GPS定位的整體框圖如圖7所示。