多功能盲人智能拐杖的制作方法

本实用新型涉及一种多功能盲人智能拐杖。

背景技术：

拐杖成为老人或残疾人的一种必须的辅助出行工具，但是目前的拐杖形式大多比较单一，无法更好的实安全辅助的目标。

技术实现要素：

实用新型目的：

本实用新型提供一种多功能盲人智能拐杖，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种多功能盲人智能拐杖,包括拐杖体,其特征在于:该智能拐杖还包括障碍测距单元、方位辨识单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元、定位显示单元和单片机主控系统；障碍测距单元、方位辨别单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元和定位显示单元均连接至单片机主控系统。

方位辨识单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元、定位显示单元和单片机主控系统均设置在拐杖体内；障碍测距单元包括红外电器开关和振动马达，红外电器开关和振动马达均连接至单片机主控系统；红外电器开关设置在拐杖体的上下两端；方位辨识单元为与单片机主控系统连接的方位指南模块；时间播报单元包括时钟模块和显示模块，时钟模块和显示模块均与单片机主控系统连接；语音播报单元为与单片机主控系统连接的语音模块；紧急求助单元为与单片机主控系统连接的ＧＳＭ通信模块；定位显示单元包括GPS定位模块和PC机，GPS定位模块和PC机均连接至单片机主控系统。

该拐杖还包括供电系统，供电系统为整个系统供电，供电系统包括电池和电源模块，电池连接电源模块，电源模块连接单片机主控系统。

在拐杖体的握柄处设置有连接障碍测距单元、方位辨识单元、时间播报单元、紧急求助单元和定位显示单元的按键。

方位指南模块为电子罗盘。

该智能拐杖还包括稳定系统，该稳定系统包括上拉杆、下推杆和扭转齿轮，上拉杆和下推杆分设于扭转齿轮的两侧，上拉杆的下端设置有与扭转齿轮啮合的齿条，上拉杆的上端通过转轴与驱动杠杆的一端连接，驱动杠杆的另一端伸出拐杖体外握柄的上方，驱动杠杆以支点轴为支点；下推杆的上端设置有与扭转齿轮啮合的齿条，下端通过活动轴与支腿的一端活动连接，支腿的另一端伸进拐杖体立杆侧壁的斜向下的通孔内，支腿在下推杆下移时从通孔伸出拐杖体侧壁并与拐杖体形成斜向下的三角支撑。

支腿为多个，支腿伸出时均匀的分布于拐杖体四周。

在驱动杠杆与握柄之间设置有复位弹簧。

优点及效果：

本实用新型提供了一种多功能盲人智能拐杖，其以单片机为核心，对智能拐杖进行了模块化设计，共有7大模块组成，分别是障碍检测、方位辨别、时钟播报、语音模块、振动马达、双向通话和GPS定位。其中语音模块是拐杖和使用者之间的沟通媒介，语音模块可以告知使用者前方是否有障碍、当前所在方位、当前时间以及有无来电等。为了更好地检测前方障碍，我们在拐杖的上下两端分别放置了红外电气开关。当前方有障碍时，除了语音播报还可以利用振动马达来提醒盲人，以防盲人在环境嘈杂的情况下听不清语音提示。为了方便盲人朋友在紧急的情况下更好地与外界取得联系，该拐杖增加了双向通话的功能，方便盲人朋友的使用。同时，为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，将定位数据传送到利用VC++编写的上位机显示界面中，显示使用者的当前位置。本文的所有功能均由按键来控制，每个按键上都会刻上不同的标识，方便盲人朋友进行识别。

附图说明：

图1是本实用新型整体结构框图；

图2为障碍测距原理框图；

图3为方位指南框图；

图4为语音播报框图；

图5为时间播报框图；

图6为GSM通信框图；

图7为GPS定位框图；

图8为稳定系统结构示意图；

图9为稳定系统使用状态图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

一种多功能盲人智能拐杖,包括拐杖体,该智能拐杖还包括障碍测距单元、方位辨识单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元、定位显示单元和单片机主控系统；障碍测距单元、方位辨别单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元和定位显示单元均连接至单片机主控系统。

方位辨识单元、时间播报单元、语音播报单元、紧急求助单元、定位显示单元和单片机主控系统均设置在拐杖体内；障碍测距单元包括红外电器开关和振动马达，红外电器开关和振动马达均连接至单片机主控系统；红外电器开关设置在拐杖体的上下两端；方位辨识单元为与单片机主控系统连接的方位指南模块；时间播报单元包括时钟模块和显示模块，时钟模块和显示模块均与单片机主控系统连接；语音播报单元为与单片机主控系统连接的语音模块；紧急求助单元为与单片机主控系统连接的ＧＳＭ通信模块；定位显示单元包括GPS定位模块和PC机，GPS定位模块和PC机均连接至单片机主控系统。

该拐杖还包括供电系统，供电系统为整个系统供电，供电系统包括电池和电源模块，电池连接电源模块，电源模块连接单片机主控系统。

在拐杖体的握柄处设置有连接障碍测距单元、方位辨识单元、时间播报单元、紧急求助单元和定位显示单元的按键。

方位指南模块为电子罗盘。

该智能拐杖还包括稳定系统，该稳定系统包括上拉杆1、下推杆2和扭转齿轮3，上拉杆1和下推杆2分设于扭转齿轮3的两侧，上拉杆1的下端设置有与扭转齿轮3啮合的齿条，上拉杆1的上端通过转轴与驱动杠杆4的一端连接，驱动杠杆4的另一端伸出拐杖体外握柄的上方，驱动杠杆4以支点轴5为支点；下推杆2的上端设置有与扭转齿轮3啮合的齿条，下端通过活动轴与支腿7的一端活动连接，支腿7的另一端伸进拐杖体立杆侧壁的斜向下的通孔8内，支腿7在下推杆2下移时从通孔8伸出拐杖体侧壁并与拐杖体形成斜向下的三角支撑。

支腿7为多个，支腿7伸出时均匀的分布于拐杖体四周。在驱动杠杆4与握柄6之间设置有复位弹簧9。

该稳定系统使用时，握住握柄6向下压驱动杠杆4，此时上拉杆1上移并啮合扭转齿轮3转动，此时，下推杆2下移并将支腿7从通孔8顶出，使得支腿7与拐杖体立杆之间形成三角支撑，以实现使用的稳定性和安全性。而在不需要支腿7时,手压驱动杠杆4的力消失, 支腿7收回,以减小空间的占用。

各模块工作过程介绍

红外电气开关避障模块

红外电气开关是避障模块中的一部分，是导盲杖的“眼睛”。它性能的优劣会在很大程度上影响该导盲杖功能的发挥。为了更好地检测前方障碍，我们在拐杖的上下两端分别放置了红外电气开关，当按下障碍检测按键，进入障碍检测模式。红外电气开关检测到使用者前方30厘米以内有障碍物时，输出低电平，单片机的控制引脚检测到该低电平后，进行语音播报“前方有障碍”。考虑到周围环境嘈杂，使用者可能听不清语音提示的情况，我们在拐杖手柄处，安装了振动马达，检测到障碍物时马达也会振动提醒使用者前方有障碍。测距原理框图如图2所示。

电子罗盘指南模块

为了帮助使用者能够更好地辨识方向，使用了HMC5883L数字罗盘对方向进行识别。单片机与电子罗盘之间通过I2C总线进行通信，电子指南原理框图如图3所示。当方向辨别按键被按下后，可通过语音播报“东”,“南”，“西”，“北”，“东南”，“东北”，“西南”，“西北”8个方位。

语音播报模块

为了实现拐杖的智能化，语音模块是不可缺少的。语音播报的原理框图如图4所示。中央控制器通过四根控制线SCLK、MOSI、MISO、/SS的SPI协议对ISD1700进行串口通信。将ISD1700作为从机，操作都可以通过SPI协议来完成。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使单片机与外围设备以串行方式进行通信以交换信息。接口信号MOSI(MISO)是指主器件数据输出(输入)，从器件数据输入(输出)；SCLK是由主器件产生的时钟信号；/SS是由主器件控制的从器件使能信号。设计中，语音模块用于对前方障碍物进行提示、对前方方向进行说明、来电响铃、整点报时、闹钟和时间播报。

时钟显示模块

时钟模块选用ds1302时钟芯片。该模块能够提供当前时间、星期、月份和年份等信息，也通过时钟设定按键设置这些信息，还可以通过按键设置闹钟。时钟模块不但具有闰年补偿功能，而且当月份的天数小于31天时还可以自动调整。由于ds1302芯片具有备用电池引脚，所以将纽扣电池连接到该引脚上，使得外部断电后，时钟芯片依然可以正常工作。

显示模块使用液晶12864进行显示。显示模块主要用来调节时间，即当时钟模块走时出现偏差时，可以通过预先设置的按键来调节时间，同时也有利于设置闹钟的时间，家人通过给盲人设置闹钟来提醒盲人到了该做某件事的时间，有利于人们更方便的使用。时钟显示模块的整体框图如图5所示。

GSM通信模块

为了使盲人能够在危急情况下呼叫家人，本次设计采用了SIM900A通信模块，实现一键求救和接听电话即双向通话功能。使用前需要在模块上安装一张有话费的电话卡，插上耳机和麦克后，通过控制按键便可以向指定号码拨打电话，对方接听后便可以进行通话，给使用者带来便利。该模块通过串口TXD、RXD与单片机串口相连接，实现一键打电话和接听电话功能。GSM通信模块的整体框图如图6所示。

定位模块

为了帮助盲人朋友更方便地出行，在拐杖中加入了GPS定位功能。当盲人朋友迷路时，可以按下允许GPS定位按键，家人便可以在pc机上看到盲人所在的位置，然后将位置告知使用者或者将使用者接回。该模块通过串口与单片机连接，在允许定位按键按下后，GPS模块开始定位，经经纬度信息通过串口发送给单片机，然后单片机再将该信息传送给SIM900A模块，利用GPRS通信将经纬度信息传送给上位机，上位机经过处理将经纬度信息代表的位置显示在地图上。GPS定位的整体框图如图7所示。