一种智能拐杖及系统

技术领域

本发明涉及智能拐杖领域，特别涉及一种智能拐杖及系统。

背景技术

文献【1】陈晓燕.基于RFID、GPS实现环境识别、路径查看的导盲杖[D].河北大学,2019；设计了一种环境识别导盲系统，盲人行走的时候通过导盲杖底部的读卡器与盲道上电子标签的数据传输，得到环境信息。包括盲人所在街道、周围标志性建筑、是否有十字路口、是否有台阶等信息。为了将环境的信息更好的反馈给盲人，加入了语音芯片SYN6288，该芯片可以实现文本转语音的功能。但需要配合盲道电子标签进行使用，受到路径限制，并且不具备实时监测障碍物的功能。

文献【2】廖庆洪,胡婉如,曾维鋆,胡靓,朱莉.基于GPS技术与智能避障的导盲拐杖研究[J].电子技术,2016,45(11):19-23，设计了一种具有避开障碍物、GPS定位、危险预警、快速牵引等功能的智能导盲小车。该导盲小车使用三星S3C2440为控制器，利用红外探测技术、GPS技术、超声波测距技术与压力感应技术，在已有的红外探测小车与GPS导航仪的基础上进行开发。但因其使用小车作为辅助行走系统，不方便盲人使用有台阶或楼梯的路径，同时，未对人形障碍物与普通障碍物进行区分。

文献【3】齐泽宇,郝兆明,安超,寇坚,肖龙,胡浩.基于STD32微处理器及GPS的智能导盲手杖的设计[J].电子世界,2018(11):151-152设计了一种具有红外检测、GPS定位以及无线通讯报警的智能导盲手杖，以STD32微处理器为主控芯片，利用超声波传感器及红外传感技术检测周围事物并形成信号，GPS对所在位置进行定位，通过无线传输模块将各种位置及环境信息进行综合分析，通过信息提示模块对使用者进行精确定位导航。同其他几种现有技术一样，未单独设置人体目标检测。

现有的导盲杖工作原理通常为：通过超声波模块对前方的路况进行识别，超声波发射器发出的声波遇到障碍物时会反射回超声波接收器，再对接发的时间进行计算，遇到障碍物时报警，让盲人提前了解到前方是否有障碍物。但这些技术方案在障碍物识别时，未能对行人和其余障碍物进行区分，在实际使用过程中，特别是人流较多场景下，容易频繁报警引起使用者紧张。另一方面，许多导盲杖设计有导航功能，通过语音识别芯片，用语音的方式给盲人规划路线，但操作较为复杂，不方便盲人使用。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明公开了一种智能拐杖，旨在解决现有技术中的智能拐杖无法区分障碍物和行人的问题。

本发明第一实施例提供了一种智能拐杖,其特征在于,包括:拐杖本体、配置在所述拐杖本体下端部的超声波传感器和热释电红外传感器、配置在所述拐杖本体上端部的按键模块、控制器、无线模块、语音模块、以及电源；

其中，所述控制器的射频端与所述无线模块电气连接，所述控制器的输入端与所述超声波传感器、所述热释电红外传感器及所述按键模块的输入端电气连接，所述语音模块与所述控制器电气连接，所述控制器的电源端与所述电源的输出端电气连接；

优选地，所述拐杖本体包括拐杖杆、配置在拐杖杆顶部的把手、以及配置在所述拐杖杆底部的滑轮；

其中，所述按键模块配置在所述把手的侧部。

优选地，所述按键模块包括开关机键、GPS导航开启键以及短信呼救键，其中，所述开关机键、所述GPS导航开启键以及所述短信呼救键与所述控制器的输入端电气连接。

优选地，所述控制器的型号为STM32F103ZET6，所述热释电红外传感器的型号为AM412,所述超声波传感器的型号为HCSR04。

优选地，所述无线模块为蓝牙模块。

本发明第二实施例提供了一种智能拐杖系统，包括终端及如上任意一项所述的一种智能拐杖，其中，所述终端通过与所述无线模块无线连接，进而与所述控制器的进行信息交互。

基于本发明提供的一种智能拐杖及系统，所述控制器通过所述超声波传感器采集障碍物与拐杖之间的距离信息，再通过所述热释电红外传感器判断前方是否为人体目标，当判断到前方为人体目标时，不对障碍物进行报警，当判断到前方不为人体目标时，通过语音模块对障碍物进行报警，所述按键模块用于向所述控制器输入控制信号，可通过无线模块将信号传至终端，终端可直接开启导航，或进行呼救，避免出现意外。

附图说明

图1是本发明提供的一种智能拐杖及系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种智能拐杖的结构示意图；

图3是本发明提供的控制器执行步骤流程示意图；

图4是本发明提供的语音模块示意图；

图5是本发明提供的控制器电路示意图；

图6是本发明提供的蓝牙模块电路示意图；

图7是本发明提供的热释电红外传感器示意图；

图8是本发明提供的超声波传感器电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

请参阅图1及图2,本发明公开了一种智能拐杖，旨在解决现有技术中的智能拐杖无法区分障碍物和行人的问题。

本发明第一实施例提供了一种智能拐杖,其特征在于,包括:拐杖本体、配置在所述拐杖本体下端部的超声波传感器4和热释电红外传感器7、配置在所述拐杖本体上端部的按键模块5、控制器1、无线模块6、语音模块3、以及电源2；

其中，所述控制器1的射频端与所述无线模块6电气连接，所述控制器1的输入端与所述超声波传感器4(如图8所示)、所述热释电红外传感器7(如图7所示)及所述按键模块5的输入端电气连接，所述语音模块3与所述控制器1电气连接，所述控制器1的电源2端与所述电源2的输出端电气连接；

具体地，如图3所述，在本实施例中，所述控制器1被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

S101，在接收到所述按键模块5的开机指令之后，通过所述超声波传感器4判断所述拐杖本体与障碍物是否在预设距离范围内；

S102，当判断到所述拐杖本体与障碍物的间距小于预设距离时，开启所述热释电红外传感器7，以判断所述障碍物是否为人体目标；

S103，在判断到所述障碍物不是人体目标时，通过所述语音模块3进行报警。

具体地，在本实施例中，所述按键模块5可以包括开关机键51、GPS导航开启键52以及短信呼救键53，其中，所述开关机键51、所述GPS导航开启键52以及所述短信呼救键53与所述控制器1的输入端电气连接，其中，所述控制器1在接收到所述开关机键51按下时，通过所述超声波传感器4向前方发射一定频率的方波，并检测是否遇到障碍物被反射，当超声波传感器4接收到反射的方波时便会给所述控制器1一个信号，所述控制器1计时结束，并计算障碍物与拐杖本体之间的距离，若距离小于安全范围，则人体检测模块即热释电红外传感器7开始工作，检测前方是否有人体目标，如果前方没有人体目标，则对障碍物距离进行报警，如果前方有人体目标，则取消报警功能。

需要说明的，如图4所述，所述语音模块3的可是型号为X FS5152TTS语音合成芯片，与所述的接口共14个，在本实施例中，采用2个电源2接口Vcc、Gnd和2个通信接口Txd、Rxd，其中，改芯片未内置发声设备，其可以通过此芯片上的耳机接口发声，也可以通过芯片提供的两个P2引脚外接低功率小喇叭发声，若需要高功率喇叭则需要将额外接电源2供电，应当理解的是，所述语音模块3不仅可以实现语音合成的功能，还可以支持部分命令词的识别，达到语音输入的目的，其命令词还支持用户自定义，具体地，例如，在所述语音模块3获取到“导航”字样时，通过所述无线模块6发送给终端，所述终端开始导航，所述语音模块3获取到“救命”字样时，终端发送当前位置给设定的紧急联系人。

请继续参阅图2，在本实施例中，所述拐杖本体包括拐杖杆11、配置在拐杖杆11顶部的把手12、以及配置在所述拐杖杆11底部的滑轮10；

其中，所述按键模块5配置在所述把手12的侧部，应当理解的是，所述按键模块5配置在所述把手12的侧部是为了方便使用者方便按到该按钮，在其他实施例中，所述按钮还可以配置其他位置，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，所述超声波传感器4的型号可以为HCSR04，所述超声波传感器4有4个接口，分别是Vcc、Gnd、Trig、Echo，即为两个电源2接口和两个与所述控制器1进行串口通信的接口通过Trig发送高电平信号触发开始测距，Echo接收信号返回时间，经过一系列计算即可得到障碍物与超声波传感器4的距离信息，需要说明的是，在其他实施例中，所述超声波传感器4还可以是其他的型号，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，所述热释电红外传感器7的型号可以为AM412,所述热释电红外传感器7共有3个接口，分别是Vcc、Gnd、out，两个为电源2接口，另一个是输出信号，当有人在检测范围内时即返回高电平至所述控制器1的输入端。应当理解的是，所述控制器1可以根据所述热释电红外传感器7返回的电平高低判断周围是否为人体。

请参阅图5，在本实施例中，所述控制器1的型号可以为STM32F103ZET6，所述控制器1采用ARM内核、Cortex@M系列、ARMv7ME架构的32位微控制器1，本身小巧，有着高性能、低成本、低功耗等优点。所述控制器1内置有源蜂鸣器、3.3v及5v电源2输出口(可以理解的是，内置源蜂鸣器可以通过所述控制器1的电源2输出口进行供电)、ATK模块接口、两个LED指示灯、四个独立功能按键等模块，其中，内置的源蜂鸣器可以直接用于报警系统，两种电源2输出口适应大多数单片机模块的使用，ATK模块接口配上其生产的ATKHC05蓝牙模块，可以少接6条线，使线排布更整齐，两个LED指示灯配合上一些程序可以使实验有更直接的展示效果，多个独立按键正好可以分配给开关机、一键GPS导航开启、一键遇险发送短信呼救。

请参阅图6，在本实施例中，所述无线模块6可以为蓝牙模块。

需要说明的是，蓝牙模块的型号可以为ATKHC05，其中，所述蓝牙模块可以通过串口形式与所述控制器1电气连接，其上有6个接口，分别是电源2接口VCC、GND，传输信息接口TXD、RXD，指示灯接口LED和模式切换接口KEY，值得注意的是，所述蓝牙模块有两种模式，主模式通常用于与其它蓝牙模块通信，会主动搜索并连接密码相同的蓝牙模块；从模式可以作为从机用于与其它蓝牙模块通信被动连接，也可以与手机等有蓝牙的设备建立连接。

本发明第二实施例提供了一种智能拐杖系统，包括终端及如上任意一项所述的一种智能拐杖，其中，所述终端通过与所述无线模块6无线连接，进而与所述控制器1的进行信息交互。

需要说明的是，所述终端以手机为例，当手机上的应用程序通过蓝牙成功接收了所述控制器1发来的指令，就在应用程序中识别指令，并开始导航，若接收到的指令为导航，则应用程序自动开始定位当前位置，接着搜索并规划步行路线，开始实时导航；若接收到的指令为发送，则应用程序定位当前所在位置，并将当前位置信息通过短信发送给预设的手机号中，完成一键呼救功能。

基于本发明提供的一种智能拐杖及系统，所述控制器1通过所述超声波传感器4采集障碍物与拐杖之间的距离信息，再通过所述热释电红外传感器7判断前方是否为人体目标，当判断到前方为人体目标时，不对障碍物进行报警，当判断到前方不为人体目标时，通过语音模块3对障碍物进行报警，所述按键模块5用于向所述控制器1输入控制信号，可通过无线模块6将信号传至终端，终端可直接开启导航，进行呼救，避免出现意外。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。