專利名稱：便攜式智能電子導(dǎo)盲儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)盲設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及ー種為給盲人使用者提供路況信息，保障盲人使用者行路安全的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀。
背景技術(shù)：
目前導(dǎo)盲機器大致上可分為以下4類(1)電子式行進(jìn)輔具(electronic travelaids):早期導(dǎo)盲機器的研究過半是設(shè)計ー些裝有傳感器的小型電子裝置，并以盲人可以接收的形式將傳感器的偵測結(jié)果傳達(dá)給盲人，讓盲人在環(huán)境中具有比較安全及快速的行動能力；但只注重局部閃避障礙物而不考慮全面性導(dǎo)航。(2)移動式機器人(mobile robot)移動式機器人一般都具備有多種傳感器、計算能力強大的控制計算機及高度智能能力，使 得機器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行自主性的導(dǎo)航，只要加強人機接ロ設(shè)計，移動式機器人即可用于導(dǎo)盲。缺點制造成本高，不易攜帯。(3)穿戴式行進(jìn)輔具它直接將移動式機器人的障礙物閃避系統(tǒng)穿戴在盲人身上，盲人稱為半被動的接受障礙物閃避系統(tǒng)命令的運動載具，并可提供比移動式機器人更靈活的運行能力。性能単一，不實用。(4)導(dǎo)引式手杖導(dǎo)引式手杖是在拐杖的末梢接上許多傳感器及小型控制計算機，并在下方裝有導(dǎo)輪的移動式平臺。它其實是將原有移動式機器人的動カ系統(tǒng)移除，保留其智能感測的部分。制造精度高，元件復(fù)雜，加工困難。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明主要解決的是盲人在出行和人際交往中遇到的問題，主要功能有行進(jìn)中的障礙物檢測、識別與定位，其中包括移動的物體與靜止的物體識別；測定障礙物的速度與距離；對周圍的路線的特定環(huán)境標(biāo)志進(jìn)行環(huán)境辨認(rèn)，檢測出熟悉的地點，方便盲人了解情況，并同時也以此為信息主動控制導(dǎo)盲犬，實現(xiàn)人的主觀控制；人性化的語音提示，能夠根據(jù)信息重要程度主動提示當(dāng)前情況，幫助盲人獲取必要信息，幫助盲人決策；系統(tǒng)還可以對周邊環(huán)境發(fā)生的特殊情況向家屬發(fā)送短消息，必要時可以發(fā)送圖片，實現(xiàn)進(jìn)ー步的安全性。本產(chǎn)品的主體是ー個電子平臺，由紅外探頭、超聲波探頭和單片機(電腦)組成，安裝在帽子上。當(dāng)盲人外出時，紅外探頭和超聲波探頭分別向四周空間和地面發(fā)出紅外線和超聲波。如果前方(或左、右邊)有障礙物，紅外探頭朝那個方向發(fā)射的紅外信號就會被反射回來，接受器收到信號，經(jīng)單片機處理后，由喇叭或耳機發(fā)出報警聲音；同樣，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)凹凸不平，超聲波探頭收到的信號也會有所反映，盲人將聽到另ー種報警聲。行進(jìn)中的障礙物檢測、識別與定位，其中包括移動的物體與靜止的物體識別；測定障礙物的速度與距離；對周圍的路線的特定環(huán)境標(biāo)志進(jìn)行環(huán)境辨認(rèn)，檢測出熟悉的地點，方便盲人了解情況，并同時也以此為信息主動控制導(dǎo)盲犬，實現(xiàn)人的主觀控制；人性化的語音提示，能夠根據(jù)信息重要程度主動提示當(dāng)前情況，幫助盲人獲取必要信息，幫助盲人決策。本發(fā)明解決的技術(shù)問題包括行進(jìn)中的障礙物檢測、識別與定位，其中包括移動的物體與靜止的物體識別；測定障礙物的速度與距離；對周圍的路線的特定環(huán)境標(biāo)志進(jìn)行環(huán)境辨認(rèn)，檢測出熟悉的地點，方便盲人了解情況，并同時也以此為信息主動控制導(dǎo)盲犬，實現(xiàn)人的主觀控制；人性化的語音提示，能夠根據(jù)信息重要程度主動提示當(dāng)前情況，幫助盲人獲取必要信息，幫助盲人決策；系統(tǒng)還可以對周邊環(huán)境發(fā)生的特殊情況向家屬發(fā)送短消息，必要時可以發(fā)送圖片，實現(xiàn)進(jìn)ー步的安全性。為了實現(xiàn)上述目地，達(dá)到應(yīng)有的功能，我們對導(dǎo)盲儀做了如下技術(shù)處理針對障礙物測距我們提出了基于超聲波測距的語音提示系統(tǒng)。導(dǎo)盲器都是采用超聲或激光原理。其中，超聲導(dǎo)盲器價格較低也比較實用，因為超聲波在空氣中的傳播速度較低，較易提取障礙距離信息和形成捜索障礙物要求的波扇面角，超聲導(dǎo)盲器一般由換器(探頭)信號處理器(電子盒)和信息輸出器三部分。同吋，我們提出了圖像處理系統(tǒng)，為了針對特定的環(huán)境，我們白天采用數(shù)字圖像系統(tǒng)，夜間采用紅外圖像系統(tǒng)。同時，為了提供給使用者更加人性化的服務(wù)，我們又增加了ー套GPS定位系統(tǒng)，提供給使用者一個到達(dá)目的地的最優(yōu)方案，并在大地圖上給予定位提示。超聲測距系統(tǒng)通過發(fā)射超聲波，利用回聲定位原理探測前方障礙物 (包括透明物體)的具體位置，并通過語音模塊發(fā)出語音提示，讓盲人有了距離上的感知。紅外圖像系統(tǒng)和視頻圖像系統(tǒng)都具有圖像識別功能，兩個系統(tǒng)通過光控電路控制，當(dāng)光照達(dá)到一定程度(通常指白天)，啟動視頻圖像系統(tǒng)(此時紅外圖像系統(tǒng)關(guān)閉);當(dāng)光照低于一定程度(通常指夜晩)，啟動紅外圖像系統(tǒng)(此時視頻圖像系統(tǒng)關(guān)閉)，兩個系統(tǒng)都是采集前方障礙物的圖像信息，然后進(jìn)行圖像處理，并通過語音模塊發(fā)出語音提示前方為何種障礙，讓盲人有對物有整體感性認(rèn)識。GPS定位系統(tǒng)給盲人提供了一條從出發(fā)地到目的地的最優(yōu)路線，提聞了盲人的生活品質(zhì)。
以下結(jié)合附圖
和實施案例進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。圖I為本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的軟件流程結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例來說明本發(fā)明所述的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀。實施例I。本設(shè)計運用其強大的擴展及處理功能，將數(shù)字圖像處理技術(shù)、超聲波測距定位技術(shù)、智能控制技術(shù)協(xié)調(diào)的組合在一起，構(gòu)成ー個既功能強大又非常人性化的“導(dǎo)盲犬”。以下為各模塊的設(shè)計特點及方法I.德州儀器dm642處理器德州儀器dm642處理器運算速度快，能滿足對圖像檢測與處理的要求；具有完善的軟件開發(fā)套件開發(fā)者能夠完全定制CPU和外設(shè)，獲得恰好滿足需求的處理器；2.圖像采集模塊利用的地貌比對是對被檢測到的環(huán)境特征在環(huán)境圖像庫中進(jìn)行目標(biāo)搜索以及進(jìn)行地點的確認(rèn)。實際上，將采樣到的環(huán)境圖像與庫存的圖像依次進(jìn)行比對，并找出最佳的匹配對象。所以，環(huán)境的描述決定了環(huán)境識別的具體方法與性能。該應(yīng)用的核心是“圖形識別算法”，這種算法是利用了環(huán)境中的各主要特點及一些特征部分而形成的方法；[0015]3.超聲波測距模塊利用超聲波測距模塊可實現(xiàn)多障礙物的定位及運動狀態(tài)的跟蹤，可以精確地測出物體距離盲人的距離、物體相對于盲人的運動方向及運動速度。由于超聲波測距誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。而超聲波的傳播速度的誤差影響最大，且其與環(huán)境的溫度有夫，故本設(shè)計中采用了帶溫度補償?shù)某暅y距，通過高精度的溫度傳感器實時跟蹤外界溫度的變換，能很好地補償超聲波在不同溫度的傳播速度；4.電機控制模塊本設(shè)計中用到的電機為直流電機，控制著導(dǎo)盲儀超聲波傳感器的循環(huán)掃描和攝像頭的動態(tài)攝取，運用工程整定方法，通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定，由控制器輸出控制各個電機協(xié)調(diào)運動，可以實現(xiàn)導(dǎo)盲儀的自動運動
及多個超聲波測量儀的平面覆蓋式掃描，消除掃描中的死角。測速電路用于測量車的速度，反饋電路輸出控制調(diào)速系統(tǒng)可控制預(yù)先設(shè)定的速度。智能電子導(dǎo)盲儀的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它主要包括以下機構(gòu)I.能源系統(tǒng)由3000毫安鋰離子電池提供能源續(xù)航時間大致為6 10小吋。2.所使用芯片為德州儀器dm642:運算速度快，可靠性高；負(fù)責(zé)統(tǒng)一處理信息，發(fā)送指令。3.紅外線攝像頭、普通攝像頭、超聲波探頭負(fù)責(zé)檢測前方障礙物體。4.超聲波接收器負(fù)責(zé)回收探頭發(fā)出的探測障礙物的超聲波。5.控制機構(gòu)有手控、聲控等。6.語音提示系統(tǒng)。7.電動機系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動導(dǎo)盲儀攝像頭和超聲波談探頭。8.外殼及主板。如圖I所示，針對障礙物測距我們提出了基于超聲波測距的語音提示系統(tǒng)3。導(dǎo)盲器都是采用超聲4或激光原理。其中，超聲導(dǎo)盲器價格較低也比較實用，因為超聲波在空氣中的傳播速度較低，較易提取障礙距離信息和形成捜索障礙物要求的波扇面角，超聲導(dǎo)盲器一般由換器(探頭)信號處理器(電子盒)和信息輸出器三部分。同吋，我們提出了圖像處理系統(tǒng)，為了針對特定的環(huán)境，我們白天采用數(shù)字圖像系統(tǒng)6，夜間采用紅外圖像系統(tǒng)5。同時，為了提供給使用者更加人性化的服務(wù)，我們又增加了ー套GPS定位系統(tǒng)7，提供給使用者一個到達(dá)目的地的最優(yōu)方案，并在大地圖上給予定位提示。超聲測距系統(tǒng)8通過發(fā)射超聲波，利用回聲定位原理探測前方障礙物(包括透明物體)的具體位置，并通過語音模塊3發(fā)出語音提示，讓盲人有了距離上的感知。紅外圖像系統(tǒng)9和視頻圖像系統(tǒng)10都具有圖像識別功能，兩個系統(tǒng)通過光控電路控制，當(dāng)光照達(dá)到一定程度(通常指白天)，啟動視頻圖像系統(tǒng)(此時紅外圖像系統(tǒng)關(guān)閉)；當(dāng)光照低于一定程度(通常指夜晩)，啟動紅外圖像系統(tǒng)(此時視頻圖像系統(tǒng)關(guān)閉)，兩個系統(tǒng)都是采集前方障礙物的圖像信息，然后進(jìn)行圖像處理，并通過語音模塊3發(fā)出語音提示前方為何種障礙，讓盲人有對物有整體感性認(rèn)識。GPS定位系統(tǒng)11給盲人提供了一條從出發(fā)地到目的地的最優(yōu)路線，提高了盲人的生活品質(zhì)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)
權(quán)利要求1.便攜式智能電子導(dǎo)盲儀，其特征在于主體是ー個電子平臺，由紅外探頭、超聲波探頭和單片機組成，安裝在帽子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀，其特征在于其中，導(dǎo)盲器一般由換器、信號處理器和信息輸出器三部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀，其特征在于還包括圖像處理系統(tǒng)，白天采用數(shù)字圖像系統(tǒng)(6)，夜間采用紅外圖像系統(tǒng)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀，其特征在于還包括GPS定位系統(tǒng)(7)給予定位提示；超聲測距系統(tǒng)(8)通過語音模塊(3)發(fā)出語音提示，讓盲人有了距離上的感知。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式智能電子導(dǎo)盲儀，其特征在于紅外圖像系統(tǒng)(9)和視頻圖像系統(tǒng)(10)都具有圖像識別功能，兩個系統(tǒng)通過光控電路控制，當(dāng)光照達(dá)到一定程度，啟動視頻圖像系統(tǒng)；當(dāng)光照低于一定程度，啟動紅外圖像系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)都是采集前方障礙物的圖像信息，然后進(jìn)行圖像處理，并通過語音模塊(3)發(fā)出語音提示前方為何種障礙，讓盲人有對物有整體感性認(rèn)識。
專利摘要本實用新型主要解決的是盲人在出行和人際交往中遇到的問題，主要功能有行進(jìn)中的障礙物檢測、識別與定位，其中包括移動的物體與靜止的物體識別；測定障礙物的速度與距離；對周圍的路線的特定環(huán)境標(biāo)志進(jìn)行環(huán)境辨認(rèn)，檢測出熟悉的地點，方便盲人了解情況，并同時也以此為信息主動控制導(dǎo)盲犬，實現(xiàn)人的主觀控制；人性化的語音提示，能夠根據(jù)信息重要程度主動提示當(dāng)前情況，幫助盲人獲取必要信息，幫助盲人決策；系統(tǒng)還可以對周邊環(huán)境發(fā)生的特殊情況向家屬發(fā)送短消息，必要時可以發(fā)送圖片，實現(xiàn)進(jìn)一步的安全性。
文檔編號A61H3/06GK202409427SQ20112049115
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者葉子青, 贠悅, 趙云云 申請人:大連海事大學(xué)