本實用新型涉及一種多功能盲人智能拐杖。

背景技術：

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，無法更好的實安全輔助的目標。

技術實現(xiàn)要素：

實用新型目的：

本實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距單元、方位辨識單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機主控系統(tǒng)；障礙測距單元、方位辨別單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元和定位顯示單元均連接至單片機主控系統(tǒng)。

方位辨識單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機主控系統(tǒng)均設置在拐杖體內(nèi)；障礙測距單元包括紅外電器開關和振動馬達，紅外電器開關和振動馬達均連接至單片機主控系統(tǒng)；紅外電器開關設置在拐杖體的上下兩端；方位辨識單元為與單片機主控系統(tǒng)連接的方位指南模塊；時間播報單元包括時鐘模塊和顯示模塊，時鐘模塊和顯示模塊均與單片機主控系統(tǒng)連接；語音播報單元為與單片機主控系統(tǒng)連接的語音模塊；緊急求助單元為與單片機主控系統(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，GPS定位模塊和PC機均連接至單片機主控系統(tǒng)。

該拐杖還包括供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)為整個系統(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主控系統(tǒng)。

在拐杖體的握柄處設置有連接障礙測距單元、方位辨識單元、時間播報單元、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于扭轉(zhuǎn)齒輪的兩側(cè)，上拉桿的下端設置有與扭轉(zhuǎn)齒輪嚙合的齒條，上拉桿的上端通過轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動杠桿的一端連接，驅(qū)動杠桿的另一端伸出拐杖體外握柄的上方，驅(qū)動杠桿以支點軸為支點；下推桿的上端設置有與扭轉(zhuǎn)齒輪嚙合的齒條，下端通過活動軸與支腿的一端活動連接，支腿的另一端伸進拐杖體立桿側(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，支腿伸出時均勻的分布于拐杖體四周。

在驅(qū)動杠桿與握柄之間設置有復位彈簧。

優(yōu)點及效果：

本實用新型提供了一種多功能盲人智能拐杖，其以單片機為核心，對智能拐杖進行了模塊化設計，共有7大模塊組成，分別是障礙檢測、方位辨別、時鐘播報、語音模塊、振動馬達、雙向通話和GPS定位。其中語音模塊是拐杖和使用者之間的溝通媒介，語音模塊可以告知使用者前方是否有障礙、當前所在方位、當前時間以及有無來電等。為了更好地檢測前方障礙，我們在拐杖的上下兩端分別放置了紅外電氣開關。當前方有障礙時，除了語音播報還可以利用振動馬達來提醒盲人，以防盲人在環(huán)境嘈雜的情況下聽不清語音提示。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，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++編寫的上位機顯示界面中，顯示使用者的當前位置。本文的所有功能均由按鍵來控制，每個按鍵上都會刻上不同的標識，方便盲人朋友進行識別。

附圖說明：

圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為障礙測距原理框圖；

圖3為方位指南框圖；

圖4為語音播報框圖；

圖5為時間播報框圖；

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。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明：

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距單元、方位辨識單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機主控系統(tǒng)；障礙測距單元、方位辨別單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元和定位顯示單元均連接至單片機主控系統(tǒng)。

方位辨識單元、時間播報單元、語音播報單元、緊急求助單元、定位顯示單元和單片機主控系統(tǒng)均設置在拐杖體內(nèi)；障礙測距單元包括紅外電器開關和振動馬達，紅外電器開關和振動馬達均連接至單片機主控系統(tǒng)；紅外電器開關設置在拐杖體的上下兩端；方位辨識單元為與單片機主控系統(tǒng)連接的方位指南模塊；時間播報單元包括時鐘模塊和顯示模塊，時鐘模塊和顯示模塊均與單片機主控系統(tǒng)連接；語音播報單元為與單片機主控系統(tǒng)連接的語音模塊；緊急求助單元為與單片機主控系統(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，GPS定位模塊和PC機均連接至單片機主控系統(tǒng)。

該拐杖還包括供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)為整個系統(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主控系統(tǒng)。

在拐杖體的握柄處設置有連接障礙測距單元、方位辨識單元、時間播報單元、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分設于扭轉(zhuǎn)齒輪3的兩側(cè)，上拉桿1的下端設置有與扭轉(zhuǎn)齒輪3嚙合的齒條，上拉桿1的上端通過轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動杠桿4的一端連接，驅(qū)動杠桿4的另一端伸出拐杖體外握柄的上方，驅(qū)動杠桿4以支點軸5為支點；下推桿2的上端設置有與扭轉(zhuǎn)齒輪3嚙合的齒條，下端通過活動軸與支腿7的一端活動連接，支腿7的另一端伸進拐杖體立桿側(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，支腿7伸出時均勻的分布于拐杖體四周。在驅(qū)動杠桿4與握柄6之間設置有復位彈簧9。

該穩(wěn)定系統(tǒng)使用時，握住握柄6向下壓驅(qū)動杠桿4，此時上拉桿1上移并嚙合扭轉(zhuǎn)齒輪3轉(zhuǎn)動，此時，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，以實現(xiàn)使用的穩(wěn)定性和安全性。而在不需要支腿7時,手壓驅(qū)動杠桿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

紅外電氣開關避障模塊

紅外電氣開關是避障模塊中的一部分，是導盲杖的“眼睛”。它性能的優(yōu)劣會在很大程度上影響該導盲杖功能的發(fā)揮。為了更好地檢測前方障礙，我們在拐杖的上下兩端分別放置了紅外電氣開關，當按下障礙檢測按鍵，進入障礙檢測模式。紅外電氣開關檢測到使用者前方30厘米以內(nèi)有障礙物時，輸出低電平，單片機的控制引腳檢測到該低電平后，進行語音播報“前方有障礙”?？紤]到周圍環(huán)境嘈雜，使用者可能聽不清語音提示的情況，我們在拐杖手柄處，安裝了振動馬達，檢測到障礙物時馬達也會振動提醒使用者前方有障礙。測距原理框圖如圖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方向，使用了HMC5883L數(shù)字羅盤對方向進行識別。單片機與電子羅盤之間通過I2C總線進行通信，電子指南原理框圖如圖3所示。當方向辨別按鍵被按下后，可通過語音播報“東”,“南”，“西”，“北”，“東南”，“東北”，“西南”，“西北”8個方位。

語音播報模塊

為了實現(xiàn)拐杖的智能化，語音模塊是不可缺少的。語音播報的原理框圖如圖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ISD1700進行串口通信。將ISD1700作為從機，操作都可以通過SPI協(xié)議來完成。SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使單片機與外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。接口信號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)生的時鐘信號；/SS是由主器件控制的從器件使能信號。設計中，語音模塊用于對前方障礙物進行提示、對前方方向進行說明、來電響鈴、整點報時、鬧鐘和時間播報。

時鐘顯示模塊

時鐘模塊選用ds1302時鐘芯片。該模塊能夠提供當前時間、星期、月份和年份等信息，也通過時鐘設定按鍵設置這些信息，還可以通過按鍵設置鬧鐘。時鐘模塊不但具有閏年補償功能，而且當月份的天數(shù)小于31天時還可以自動調(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，時鐘芯片依然可以正常工作。

顯示模塊使用液晶12864進行顯示。顯示模塊主要用來調(diào)節(jié)時間，即當時鐘模塊走時出現(xiàn)偏差時，可以通過預先設置的按鍵來調(diào)節(jié)時間，同時也有利于設置鬧鐘的時間，家人通過給盲人設置鬧鐘來提醒盲人到了該做某件事的時間，有利于人們更方便的使用。時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，本次設計采用了SIM900A通信模塊，實現(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的電話卡，插上耳機和麥克后，通過控制按鍵便可以向指定號碼撥打電話，對方接聽后便可以進行通話，給使用者帶來便利。該模塊通過串口TXD、RXD與單片機串口相連接，實現(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。當盲人朋友迷路時，可以按下允許GPS定位按鍵，家人便可以在pc機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，然后單片機再將該信息傳送給SIM900A模塊，利用GPRS通信將經(jīng)緯度信息傳送給上位機，上位機經(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。