專利名稱：智能多功能導(dǎo)盲拐杖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公開一種語音導(dǎo)盲拐杖，具體涉及一種用于盲人避障和方向定位的便 攜式智能拐杖。
背景技術(shù)：
目前，一般的拐杖只起到支撐作用，通常用于輔助老人或殘疾人行走。隨著社會的 發(fā)展、環(huán)境的變化，各種因素致盲的人越來越多。盲人行走避障的工具主要有拐杖、導(dǎo)盲犬、 隨身便攜式導(dǎo)盲儀等。使用的拐杖一般結(jié)構(gòu)簡單，功能較為單一，方位輔助效果不明顯 ’導(dǎo) 盲犬訓(xùn)練周期長，難度大，成本高，動物習(xí)性不好控制，還要維持生命消費開銷；隨身便攜式 導(dǎo)盲儀體積小，輕便好用，但沒有輔助支撐功能，對身有殘疾，腿腳不便的人，仍然需要拐杖 輔助行走。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)新設(shè)計一種能讓盲人對前方障礙物實時探知的，位置和時 間信息語音提示的，便攜收縮式智能拐杖。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種多功能智能拐杖，由拐杖 頭、反光發(fā)光警示燈、蜂鳴器、多節(jié)杖身、彈簧卡鈕、控制按鈕、內(nèi)置天線、導(dǎo)線、集成芯片和 電路板組成。其特點是(1)拐杖體積較小，重量輕，整個拐杖分為四節(jié)，中空，每節(jié)長度約30cm，拐杖把手 豎直安裝在第一節(jié)桿身上面，稱為拐杖頭。拐杖把手內(nèi)安裝有電子系統(tǒng)設(shè)備，并通過導(dǎo)線分 別與拐杖頭中的警示燈、蜂鳴器和按鈕連接。(2)電子系統(tǒng)設(shè)備包括電源轉(zhuǎn)換電路、GPS定位系統(tǒng)電路、單片機中斷處理電路、 超聲波發(fā)射接收電路、語音合成輸出電路、控制報警電路。整個電子系統(tǒng)設(shè)備安裝在拐杖把 手的狹小空間內(nèi)。(3)利用GPS定位系統(tǒng)實時定位功能，通過語音輸出可以使盲人隨時知道當(dāng)前所 處的位置和時間，輔助盲人定位找路。(4)利用超聲波測障功能，通過蜂鳴器報警可以輔助盲人準(zhǔn)確探知前方1 1. 5m 內(nèi)的障礙物。(5)利用蜂鳴器發(fā)聲和警示燈發(fā)光提示功能，通過自動或手動觸發(fā)蜂鳴器和警示 燈工作，輔助盲人安全過馬路和提示旁人避讓行走。(6)應(yīng)用了 GPS定位、超聲波測距、單片機控制，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等技術(shù)，具有較高的 技術(shù)含量。本發(fā)明的有益效果是，集合了拐杖和導(dǎo)盲儀的雙重功能，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、功能 全、操作簡單、可靠實用、成本較低，能滿足普通老百姓的購買能力和功能需求，可以給數(shù) 百萬盲人生活提供方便，具有廣闊的市場前景。


圖1是智能拐杖第一節(jié)與第二節(jié)裝配的示意圖。圖2是智能拐杖圖1中所示圓圈的局部放大圖。圖3是智能拐杖的總體結(jié)構(gòu)框4是智能拐杖GPS模塊系統(tǒng)的硬件連接原理5是智能拐杖超聲波產(chǎn)生發(fā)射電路原理6是智能拐杖超聲波接收電路原理7是智能拐杖報警電路原理8是智能拐杖GPS定位系統(tǒng)軟件流程9是智能拐杖超聲波測障報警系統(tǒng)軟件流程圖附圖1和2中1.蜂鳴燈光報警按鈕 2.反光發(fā)光警示燈 3.超聲波傳感器 4.拐杖把手5.凹槽6.定位孔7.拐杖第一節(jié)桿身8.彈簧座9.彈簧10.卡鈕 11.第二節(jié)桿身12.拉繩13.推桿14.彈簧座擋環(huán)15.栓軸16.凹槽。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。在圖1和圖2中，顯示了拐杖第一節(jié)桿身(7)與第二節(jié)桿身(11)的裝配關(guān)系。拐 杖把手(4)豎直安裝在第一節(jié)桿身(7)上面。拐杖把手(4)前部安裝有蜂鳴器，反光發(fā)光 警示燈(2)，超聲波傳感器(3)；上部安裝有語音提示按鈕、蜂鳴燈光報警按鈕(1)以及GPS 信號內(nèi)置接收天線，并分別與內(nèi)部電子系統(tǒng)設(shè)備連接通訊。第二、三、四節(jié)桿身能在第一節(jié) 桿身內(nèi)收縮。以第一節(jié)與第二節(jié)的定位方式為實例，圖1中，拐杖兩節(jié)桿身前部都有一個直線 凹槽(5)，由于有凹槽(5)與凹槽(16)的配合，拐杖第一節(jié)(7)與第二節(jié)(11)之間只能相 對上下滑動而不能圓周轉(zhuǎn)動。第一節(jié)桿身(7)的下部有上中下三排間距相等的定位孔(6)， 同一平面的三個定位孔(6)呈120°圓周分布，它與第二節(jié)(11)上部安裝在彈簧座上的三 個彈簧卡鈕(10)配合。通過調(diào)節(jié)第二節(jié)桿身(11)的卡鈕(10)在第一節(jié)桿身(7)的上中 下三排定位孔(6)間的不同位置來調(diào)整拐杖總長度。第二、三節(jié)桿身的下方分別也有一排 呈120°圓周分布的定位孔，并同時與它下一節(jié)桿身上部的彈簧卡鈕相配合。使用時，盲人可以很容易地摸到凹槽內(nèi)對應(yīng)的定位孔(6)，按下此定位孔(6)中的 卡鈕(10)，推動推桿(13)，從而向下拉動限位在栓軸(15)上的拉繩(12)，帶動另外兩個與 拉繩(15)的卡鈕克服彈簧(9)推力向里縮進(jìn)，取消卡鈕(10)與定位孔(6)間的定位，進(jìn)行 收起或拉出拐杖動作。松開卡鈕(10)，彈簧在推力作用下向外推動卡鈕(10)直到從新找到 相應(yīng)的定位孔(6)并與之定位。圖3是智能拐杖的整體結(jié)構(gòu)框圖。整個電子系統(tǒng)設(shè)備利用兩節(jié)AA型1. 5V電池或 可充電池供電，電壓通過電壓轉(zhuǎn)換電路將3V電壓轉(zhuǎn)換為5V標(biāo)準(zhǔn)電壓。系統(tǒng)電路啟動后， 超聲波測障電路源源不斷地發(fā)送并接收超聲波，當(dāng)檢測到前方障礙物已經(jīng)進(jìn)入安全距離以 內(nèi)后，蜂鳴器自動發(fā)聲報警。同時，GPS定位系統(tǒng)也開始工作，地圖數(shù)據(jù)存放在存儲單元內(nèi)， GPS-OEM板接收到的經(jīng)緯坐標(biāo)數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)通過串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換與單片機連接通訊，進(jìn) 行相應(yīng)的坐標(biāo)制和時間制轉(zhuǎn)換。確定出的位置坐標(biāo)經(jīng)與本地地圖數(shù)據(jù)匹配查表后，準(zhǔn)確地
4得出當(dāng)前坐標(biāo)地名。工作時，盲人拄著拐杖行走，超聲波傳感器(3)不斷的發(fā)射和接收超聲波信號，當(dāng) 檢測到前方的障礙物進(jìn)入警報范圍內(nèi)時，拐杖把手(4)上的蜂鳴器發(fā)聲報警，提示盲人做 出反應(yīng)。當(dāng)盲人不知道當(dāng)前的地點位置和時間時，按下語音提示按鈕，當(dāng)前地名文本和時間 數(shù)據(jù)文本送入語音合成芯片中進(jìn)行文本語音合成輸出。發(fā)聲喇叭語音播報當(dāng)前的地名與時 間。智能多功能導(dǎo)盲拐杖可以分為五個基本電路(1)單片機工作電路，本智能拐杖的電路板可采用AT89C52單片機作為處理芯片， 其構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，具有功耗低、體積小、使用靈活的特點。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能可以根據(jù)需 求進(jìn)行個性化配置，也可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)外設(shè)擴(kuò)展。本智能拐杖要求GPS-OEM板發(fā)送數(shù) 據(jù)，單片機接收、存儲數(shù)據(jù)。單片機與GPS-OEM板通過串口通信，系統(tǒng)波特率為4800bps，單 片機使用的晶振為11. 059MHz,由這兩個數(shù)值配置相應(yīng)的寄存器值。初始化配置通過鍵盤輸 入，定位信息結(jié)合電子地圖的地點名稱，通過語音芯片語音提示輸出。同時，單片機Pl. 0 口 控制超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生發(fā)射40KHZ的超聲波并啟動內(nèi)部定時器，延時0. Ims后通過邊沿 跳變產(chǎn)生單片機所需要的中斷請求信號送至P3. 2 口以觸發(fā)中斷，停止計時。計算超聲波測 得的距離，與設(shè)定的距離相比較確定是否發(fā)送報警請求到Pl. 2 口，如圖7所示。(2)GPS定位系統(tǒng)電路。如圖4所示，本智能拐杖采用外購的GPS-OEM板利用串口 經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路與單片機連接通訊。(3)超聲波產(chǎn)生發(fā)射電路。如圖5和圖6所示，本智能拐杖利用單片機P1.0 口發(fā) 出的低電平脈沖觸發(fā)震蕩電路產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號，并經(jīng)震蕩達(dá)林頓管進(jìn)行功率放大來 驅(qū)動超聲波傳感器的發(fā)射器發(fā)射超聲波信號。同時，單片機計時器開始計時。通過超聲波 接收傳感器接收反射回來的超聲波，利用索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CX20106A，引腳7輸出 低電平邊沿觸發(fā)產(chǎn)生單片機所需要的中斷請求信號到P3. 2 口觸發(fā)中斷停止計時。根據(jù)超 聲波發(fā)射反射所經(jīng)歷的時間，已知超聲波傳播速度，計算出障礙物與智能拐杖之間的距離， 并與設(shè)定的安全距離相比較。(4)報警電路。如圖7所示，當(dāng)單片機計算比較得出障礙物的距離已經(jīng)小于設(shè)定的 安全距離后，單片機Pl. 2 口會形成一個高電平使晶體管導(dǎo)通，觸發(fā)蜂鳴器報警。當(dāng)遇到過 馬路或需要提醒周圍行人注意時，合上開關(guān)Kl導(dǎo)通蜂鳴器也可進(jìn)行手動報警。(5)文本語音合成電路。本智能拐杖采用外購的文本語音合成芯片外接功率放大 電路和喇叭通過串口與單片機進(jìn)行實時通訊。該實施例還可以作如下改進(jìn)1.拐杖把手內(nèi)可以擴(kuò)展安裝收音機功能模塊、MP3音樂播放功能模塊、語音溫度 濕度功能模塊以增加對身心娛樂方面的享受和出行安全、天氣變化方面的了解。2.在拐杖的末節(jié)安裝可以收縮合并的三角支架，增強拐杖的平衡支撐功能。
權(quán)利要求
一種智能多功能拐杖，由四節(jié)空心桿身裝配而成，其特征在于拐杖頭豎直安裝在第一節(jié)桿身(7)上面。拐杖把手(4)前部安裝有報警蜂鳴器、反光發(fā)光警示燈(2)、超聲波發(fā)射接收傳感器(3)；上部安裝有語音提示按鈕、蜂鳴燈光報警按鈕(1)以及GPS信號內(nèi)置接收天線。第二、三、四節(jié)都可以在第一節(jié)內(nèi)收縮，第三節(jié)套于第二節(jié)內(nèi)，第四節(jié)套于第三節(jié)內(nèi)，每一節(jié)與上一節(jié)的定位方式相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能拐杖，其特征在于拐杖四節(jié)桿身前部都有一個相 互配合的直線凹槽(5)。每一節(jié)桿身相互之間只能上下滑動，而不能圓周轉(zhuǎn)動。第一節(jié)桿 身(7)的下部有上中下三排間距相等的定位孔(6)，同一平面的三個定位孔(6)呈120°圓 周分布，它與第二節(jié)(11)上部安裝在彈簧座上的三個彈簧卡鈕(10)配合。調(diào)節(jié)彈簧卡鈕 (10)在上中下三排孔間位置的配合可以調(diào)節(jié)拐杖的總長度。第二、三節(jié)桿身的下方分別也 有一排呈120°圓周分布的定位孔，并同時與它下一節(jié)桿身上部的彈簧卡鈕相配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能智能拐杖，其特征在于其中的一個定位孔(6)開在拐 杖的凹槽(5)上，定位孔(6)內(nèi)的彈簧卡鈕(10)連接著一個推桿(13)，推桿(13)與套在限 位栓軸(15)上的與另外兩個彈簧卡鈕連接在一起的拉繩(12)配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能拐杖，其特征在于拐杖把手(4)內(nèi)設(shè)計安裝有 GPS-0EM板，GPS-0EM板通過電平轉(zhuǎn)換芯片利用串口與單片機連接通訊，用來接收、發(fā)送位 置坐標(biāo)與時間信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能拐杖，其特征在于拐杖把手(4)內(nèi)設(shè)計安裝有超 聲波發(fā)射接收電路，實時地發(fā)射接收超聲波信號，計算并比較與設(shè)定的安全距離之間的大 小，通過報警電路自動或手動進(jìn)行蜂鳴和燈光報警。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能拐杖，其特征在于拐杖把手(4)內(nèi)設(shè)計安裝有文 本語音合成芯片，它通過串口與單片機連接通訊，接收單片機發(fā)送的位置、時間文本信息， 進(jìn)行文本語音合成輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及公開一種語音導(dǎo)盲拐杖，它包括可以收縮的四節(jié)中空桿身。每一節(jié)桿身都通過彈簧卡鈕與上一節(jié)桿身下方的定位孔配合相連，拐杖的總長度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。拐杖把手內(nèi)安裝有GPS定位系統(tǒng)和超聲波測障系統(tǒng)，并利用單片機來控制文本語音合成芯片，進(jìn)行位置與時間信息的語音輸出。具有GPS坐標(biāo)定位、超聲波測障、語言提示、自動或手動蜂鳴器和燈光提示功能。本拐杖具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、成本較低、輕便好用等優(yōu)點。
文檔編號A61H3/06GK101947181SQ201010229510
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者方仁杰, 朱維兵 申請人:西華大學(xué)