本實(shí)用新型屬于生活用品技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型導(dǎo)盲拐杖。

背景技術(shù)：

關(guān)愛殘疾人事業(yè)既是中華民族的傳統(tǒng)美德，也是人類文明進(jìn)步、科學(xué)發(fā)展的體現(xiàn)?，F(xiàn)有導(dǎo)盲拐杖性能單一，需要依賴盲人自身能力實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型導(dǎo)盲拐杖，利用電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GPS定位、超聲波避障、自動(dòng)感光識(shí)別天氣以及語音通信等多種功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種新型導(dǎo)盲拐杖，包括杖體和把手，其中杖體上部和把手均為中空，其中，中空部分設(shè)置有：

超聲波模塊，基于超聲波，探測(cè)前方障礙物距離；

光照傳感器，檢測(cè)光照強(qiáng)度；

通信模塊，實(shí)現(xiàn)單向或者雙向通信；

告警模塊，實(shí)現(xiàn)告警；

單片機(jī)，數(shù)據(jù)端與超聲波模塊和光照傳感器連接接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，控制端與告警模塊連接輸出告警信號(hào)，通信端口與通信模塊連接傳輸通信信號(hào)；

電源模塊，為其它器件連接實(shí)現(xiàn)供電。

所述告警模塊由語音告警和LED告警模塊組成，聲光結(jié)合實(shí)現(xiàn)告警。進(jìn)一步還可包括扁平震動(dòng)電機(jī)，加入震動(dòng)告警。

所述超聲波模塊以HC-SR04為核心，采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距；所述光照傳感器以GY-30為核心，所述通信模塊采用SIM900A，所述單片機(jī)采用STC89C52。

所述單片機(jī)中，設(shè)置三個(gè)距離閾值，一個(gè)光照閾值，根據(jù)不同的檢測(cè)值，發(fā)出不同的告警信號(hào)。

本實(shí)用新型還可包括：

GPS模塊，與單片機(jī)連接，實(shí)時(shí)提供定位信息。

本實(shí)用新型還可包括：

藍(lán)牙模塊，與手機(jī)藍(lán)牙模塊始終連接，根據(jù)信號(hào)連接強(qiáng)度判斷手機(jī)與拐杖的距離，由此實(shí)現(xiàn)拐杖找尋。

本實(shí)用新型還可包括：

角度傳感器，檢測(cè)導(dǎo)盲杖角度，與單片機(jī)連接輸出檢測(cè)信號(hào)。

本實(shí)用新型還可包括：

路口標(biāo)識(shí)手動(dòng)記錄模塊，由自鎖開關(guān)組成，呈矩陣模式。

所述超聲波模塊有兩個(gè)，第一個(gè)超聲波模塊與導(dǎo)盲杖垂直放置，對(duì)前方障礙物進(jìn)行直接探測(cè)，第二個(gè)超聲波模塊與導(dǎo)盲杖成45度角放置，對(duì)45度角直線上的障礙物進(jìn)行探測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能全、成本低，集合了拐杖和導(dǎo)盲儀的雙重功能，能滿足普通老百姓的購買能力和功能需求。此產(chǎn)品能解決盲人在出行中遇到的諸多問題，給盲人的出行帶來極大便利。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型總體框圖。

圖2是本實(shí)用新型超聲波模塊電路圖。

圖3是本實(shí)用新型光照傳感器的模塊電路圖。

圖4是本實(shí)用新型通信模塊框圖。

圖5是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。

圖6是本實(shí)用新型角度傳感器的模塊電路圖。

圖7是本實(shí)用新型路口標(biāo)識(shí)手動(dòng)記錄模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種新型導(dǎo)盲拐杖，包括杖體和把手，其中杖體上部和把手均為中空，其中，中空部分設(shè)置有：

超聲波模塊，基于超聲波，探測(cè)前方障礙物距離。

超聲波模塊以HC-SR04為核心，HC-SR04超聲波模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，模塊高精度，盲區(qū)小。基本工作原理：(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離＝(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2；本模塊使用方法簡(jiǎn)單，一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離。如此不斷的周期測(cè)，即可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的值。

超聲波模塊可提供2cm—30cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm。如圖2所示，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。超聲波發(fā)射器自動(dòng)發(fā)送方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，當(dāng)遇到障礙物時(shí)有信號(hào)返回輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波。距離＝(高電平時(shí)間*聲速(340m/s))/2。障礙物與盲人距離達(dá)到一定值時(shí)通過單片機(jī)控制電路發(fā)出警報(bào)并提示應(yīng)該行進(jìn)的方向。

模塊電路主要由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。發(fā)射電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器和超聲波發(fā)射頭組成。超聲波接收電路包括由MC3403構(gòu)成的三級(jí)回波放大電路以及LM358電壓比較整形電路兩部分，與超聲波接收傳感器T-40-16配合使用，實(shí)現(xiàn)超聲波的接收功能。

超聲波模塊可設(shè)置為兩個(gè)，其功能為：第一個(gè)超聲波模塊與導(dǎo)盲杖垂直放置，設(shè)定指定距離1m，對(duì)前方障礙物進(jìn)行探測(cè)，有障礙物時(shí)，第一個(gè)扁平震動(dòng)電機(jī)模塊振動(dòng)；第二個(gè)超聲波模塊與導(dǎo)盲杖成45度角放置，設(shè)定0.58-0.64m，對(duì)45度角直線上的障礙物進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)小于0.58m時(shí)，說明前方是坡，第二個(gè)扁平震動(dòng)電機(jī)模塊振動(dòng)，當(dāng)大于0.64m時(shí)，說明前方是坑，第二個(gè)扁平震動(dòng)電機(jī)模塊振動(dòng)，在0.58-0.64m之間時(shí)，2號(hào)Arduino扁平震動(dòng)電機(jī)模塊不振動(dòng)。

光照傳感器，檢測(cè)光照強(qiáng)度。光照傳感器以GY-30為核心，GY-30光照傳感器的主要參數(shù)：1)I2C總線接口(f/s模式支持)；2)光譜的范圍是人眼相近；3)照度數(shù)字轉(zhuǎn)換器；4)寬范圍和高分解；5)低電流關(guān)機(jī)功能；6)50Hz/60Hz光噪聲；7)1.8V邏輯輸入接口；8)無需任何外部零件9)光源的依賴性不大；10)可調(diào)的光學(xué)窗口測(cè)量結(jié)果的影響；11)小測(cè)變異(+/-20％)；12)的紅外線的影響很小。

光照傳感器的模塊電路原理如圖3所示，通過光照傳感器檢測(cè)的光照強(qiáng)度來判別陰天還是晴天，當(dāng)光照達(dá)到某一閾值時(shí)判定為晴天適合出行，而未達(dá)到這一閾值時(shí)則判定為陰天并提醒用戶不宜出行。另外此模塊可以區(qū)分白天和夜晚，當(dāng)夜晚出行時(shí)光照達(dá)不到預(yù)定范圍，此時(shí)警示燈自動(dòng)開啟以警示路人。

通信模塊，實(shí)現(xiàn)單向或者雙向通信。通信模塊采用SIM900A，SIM900A是一個(gè)2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM 900MHZ和DCS 1800MHZ。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/class 8(可選)和GPRS編碼格式CS-1，CS-2，CS-3and CS-4。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA。此外，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴(kuò)展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些在用戶做數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用時(shí)非常有用。

SIM900A尺寸較小，幾乎可以滿足所有用戶應(yīng)用中的對(duì)空間尺寸的要求。該模塊與用戶移動(dòng)應(yīng)用的物理接口為68個(gè)貼片焊盤，提供了模塊和客戶電路板的所有硬件接口：鍵盤和SPI顯示接口；主串口和調(diào)試串口；一路音頻接口，包含一個(gè)麥克風(fēng)輸入和一個(gè)揚(yáng)聲器輸出；可編程通用輸入輸出接口。SIM900A硬件設(shè)計(jì)功能框圖如圖4所示。本電路設(shè)計(jì)之初，主要是為了實(shí)現(xiàn)SMS與TCP功能，因此語音接口沒有引出，外部功能模塊主要分為串口、電源、SIM卡、以及單片機(jī)相應(yīng)接口。

告警模塊，實(shí)現(xiàn)告警。由語音告警和LED告警模塊組成，聲光結(jié)合實(shí)現(xiàn)告警。進(jìn)一步可增設(shè)扁平震動(dòng)電機(jī)，加入振動(dòng)報(bào)警，主要為防止在鬧市區(qū)，盲人受外界干擾時(shí)對(duì)障礙物誤判。

Arduino扁平震動(dòng)電機(jī)模塊參數(shù)：適合作為非可聽指示器的小型振動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)震動(dòng)，就像你的靜音模式的手機(jī)一樣。特征：1)額定電壓：5.0VDC，2)工作電壓：3.0-5.3VDC，3)額定轉(zhuǎn)速：最小9000轉(zhuǎn)每分，4)額定電流：最大60毫安，5)起動(dòng)電流：最大90毫安，6)啟動(dòng)電壓：DC3.7V，7)絕緣電阻：10Mohm，8)兼容性：與Arduino UNO R3/Arduino Mega2560兼容。

單片機(jī)，數(shù)據(jù)端與超聲波模塊和光照傳感器連接接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，控制端與告警模塊連接輸出告警信號(hào)，通信端口與通信模塊連接傳輸通信信號(hào)。單片機(jī)采用STC89C52，STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。其最小系統(tǒng)圖如圖5所示，STC89C52共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。

STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和11.0592MHz。

當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。

復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。

角度傳感器，檢測(cè)導(dǎo)盲杖角度。選用Risym角度傳感器，正常情況在導(dǎo)盲杖中垂直放置。垂直時(shí)，角度開關(guān)導(dǎo)通，DO輸出低電平，單片機(jī)不動(dòng)作；傾倒(設(shè)定90度)時(shí)，角度開關(guān)斷開時(shí)，DO輸出高電平，通過單片機(jī)的引腳，觸發(fā)SIM900A電話模塊向指定的電話自動(dòng)撥號(hào)，起到跌倒后自動(dòng)求救的作用。

Risym角度傳感器模塊電路如圖6所示，傾倒觸發(fā)報(bào)警，傾倒斷電傳感器。模塊特色：1)采用高靈敏角度開關(guān)SW-520D作為傳感器；2)比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過15mA；3)工作電壓3.3V-5V；4)輸出形式：數(shù)字開關(guān)量輸出(0和1)；5)設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝；6)小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm；7)使用寬電壓LM393比較器。

路口標(biāo)識(shí)手動(dòng)記錄模塊，由自鎖開關(guān)組成，呈矩陣模式，如圖7所示。當(dāng)盲人在第一個(gè)路口時(shí)，例如盲人面部朝正北方向，下一時(shí)刻盲人想往正東方向走，盲人在矩陣記錄模塊按下正東方向的自鎖開關(guān)；當(dāng)盲人在第二個(gè)路口時(shí)，面部朝正北方向，盲人此時(shí)想往正北方向走，他按下正北方向的自鎖開關(guān)，在第三個(gè)及以后的路口與之類似，這樣在矩陣方塊中，盲人行走的路線便成了一條凹下的曲線，盲人返回時(shí)即可按原路返回，返回一個(gè)路口，將相應(yīng)的自鎖開關(guān)復(fù)位即可。

以及為其它器件連接實(shí)現(xiàn)供電的電源模塊。由于GSM/GPRS模塊電源部分為3.8v，非典型固定電壓，而且瞬間電流可以達(dá)到2A。本實(shí)用新型選擇可調(diào)輸出電壓芯片LM2596，LM2596輸出電壓范圍為1.2-37v，瞬間可以通過最大電流達(dá)到3A，完全符合電路要求。

電路通信部分充分考慮了兼容性，使GSM/GPRS模塊既可以和PC機(jī)通信，同時(shí)又可以與單片機(jī)通信。由于所使用的MCU為5v接口電壓，而SIM900A的接口電壓為2.8v，因此需要在兩者之間加一電平轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)采用NL27WZ07在SIM900A與模塊之間進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。

由于GSM/GPRS模塊為靜電敏感器件，因此電路中需要加入靜電防護(hù)措施。本實(shí)用新型采用ESDA6V1W5，該器件專為靜電敏感器件設(shè)計(jì)，可承受瞬間靜電25KV，漏電流小于1uA。

本實(shí)用新型在單片機(jī)中，設(shè)置三個(gè)距離閾值1m、0.5m、0.25m，一個(gè)光照閾值5lx，根據(jù)不同的檢測(cè)值，發(fā)出不同的告警信號(hào)。由此，本實(shí)用新型的工作原理為：

首先，HC-SR04超聲波避障，當(dāng)障礙物與拐杖水平距離＞1m時(shí)，無報(bào)警信號(hào)；當(dāng)距離＜1m時(shí)藍(lán)色LED蜂鳴器聲光報(bào)警，報(bào)警頻率慢；當(dāng)距離＜0.5m時(shí)紅色LED蜂鳴器聲光報(bào)警，報(bào)警頻率較快；當(dāng)距離＜0.25m時(shí)紅色/藍(lán)色LED蜂鳴器聲光報(bào)警，報(bào)警頻率急促；當(dāng)距離＜0.1m時(shí)紅色/藍(lán)色/綠色LED蜂鳴器聲光報(bào)警，聲光報(bào)警常開。其次，GY-30光照傳感器及警示，當(dāng)光照強(qiáng)度小于5lx(即夜間模式)，紅色LED指示燈常開報(bào)警，警示路人注意避讓，當(dāng)光照強(qiáng)度大于5lx，指示燈自動(dòng)熄滅。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型還可以包括GPS模塊和藍(lán)牙模塊，GPS模塊與單片機(jī)連接，實(shí)時(shí)提供定位信息。藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙模塊始終連接，根據(jù)信號(hào)連接強(qiáng)度判斷手機(jī)與拐杖的距離，當(dāng)超過預(yù)設(shè)距離時(shí)發(fā)出報(bào)警提醒幫助盲人尋找拐杖。

由此，家人可在地圖上查看盲人的實(shí)時(shí)定位信息，防止盲人丟失迷路走丟；盲人在緊急情況下也可通過簡(jiǎn)單的按鈕來尋求家人朋友的幫助。