專利名稱：一種室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航和定位領(lǐng)域，特別涉及一種室內(nèi)定位導(dǎo)盲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
盲人作為一個特殊的社會群體，需要人們給予更多的關(guān)注和關(guān)懷。在實(shí)際生活中，盲人最大的困難是出行，如果能夠很好地解決盲人的出行問題，將極大地促進(jìn)其融入社會。中國是世界上盲人數(shù)量最多的國家，約占世界盲人總數(shù)的1/5。在日常生活中，人們95%的信息都是依靠視覺得到的。盲人生活在黑暗的世界中，他們的生活、工作和社交都存在極大的困難。如何安全行走，是盲人生活中最大的問題。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文明程度的不斷提高，解決盲人在公共區(qū)域的活動問題越來越受到人們的關(guān)注和重視。事實(shí)上，許多機(jī)構(gòu)都曾研制過一些導(dǎo)盲輔助工具，如導(dǎo)盲機(jī)器人、盲人電子眼鏡、衛(wèi)星導(dǎo)盲、帶揚(yáng)聲器的導(dǎo)盲仗和基于RFID的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)。以上提到的這些盲人導(dǎo)航系統(tǒng)，尚無法提供全面和人性化的導(dǎo)航和定位服務(wù)，特別是當(dāng)盲人處在公共場所時，這一需求顯得更為迫切和緊要。現(xiàn)有的電子導(dǎo)盲系統(tǒng)大多是幫助盲人行走的輔助器，而在公共場合中既能提供向?qū)в挚奢o助盲人行走的裝置還屬于初步發(fā)展階段，具有使用不方便，聲音提示對隱私保持不足等缺點(diǎn)。而且，已有的導(dǎo)盲系統(tǒng)普遍存在全向性定位精度不高，極大的定位誤差給盲人出行帶來嚴(yán)重的安全隱患，這一直也是個世界性難題，目前尚未取得突破性的進(jìn)展。目前室內(nèi)導(dǎo)盲系統(tǒng)大多數(shù)是基于RFID語音服務(wù)的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，這種系統(tǒng)采用無線射頻提供身份識別服務(wù)的機(jī)制，最近幾年被廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、商品生產(chǎn)銷售、管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。但RFID系統(tǒng)提供的信息本身并不能使得相應(yīng)的操作流程變得簡單、易于人們理解其信息內(nèi)容，RFID標(biāo)簽可以提供全面的信息數(shù)據(jù)，諸如身份編號和時間等，也可以安置在特定區(qū)域協(xié)助確定位置，但該技術(shù)消耗成本極高，系統(tǒng)靈活性差，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，并且需要近距離身份識別驗(yàn)證，盲人很難準(zhǔn)確、有效地找到感應(yīng)接收器，從而導(dǎo)致其普適性差，不適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。因?yàn)镽FID系統(tǒng)并沒有告訴人們該如何行動，這就需要語音導(dǎo)向系統(tǒng)了。RFID與語音系統(tǒng)是互補(bǔ)技術(shù)，可以增強(qiáng)彼此的收益。因此，RFID技術(shù)結(jié)合語音技術(shù)被越來越多的用于區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)中。因此，有必要設(shè)計(jì)一個功能完備、靈活性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的室內(nèi)盲人導(dǎo)航系統(tǒng)，滿足盲人在陌生的公共場所中行走需求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本專利提出一種功能完備的室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，解決低視力患者和盲人在特定公共場所中精確定位和避障，方便盲人出入公共場所，享受優(yōu)質(zhì)的語音導(dǎo)航服務(wù)。技術(shù)方案:一種室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括數(shù)個盲人移動終端、數(shù)個導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏈路，其特征是:所述盲人移動終 端包括MCU微控制器、加速度傳感器、計(jì)步器、電子羅盤、超聲測距模組，其向盲人接入點(diǎn)傳輸攜帶盲人身份驗(yàn)證的身份識別信號，請求無線語音導(dǎo)航服務(wù)并與導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行通信；
所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)為盲人移動終端提供接入導(dǎo)盲服務(wù)，接收盲人移動終端發(fā)出的身份識別信號，若驗(yàn)證通過后即刻開啟并提供無線語音導(dǎo)盲服務(wù)；
所述盲人移動終端核心部件為MCU微控制器，其作用是處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)包括電子羅盤的方位信息、超聲模組的距離及障礙物信息、加速度傳感器返回的加速度信息；控制作用為控制系統(tǒng)的運(yùn)行，其控制的信息有各種信號的采集、音頻的輸出控制、無線數(shù)據(jù)的收發(fā)及重要數(shù)據(jù)信號的讀寫存儲；
所述盲人移動終端上的加速度傳感器、計(jì)步器和電子羅盤實(shí)時地提供盲人的移動速度和方位信息，同時盲人移動終端上的超聲測距模組不斷地收取回波信號的延時時間和強(qiáng)度，用于分析障礙物距離和其危險程度(可根據(jù)回波強(qiáng)弱來判斷);
考慮到不同盲人用戶的便利性，所述盲人移動終端的具體使用形式包括但不限于手持式、懸掛式和眼鏡式；
所述服務(wù)器實(shí)現(xiàn)所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的功能，可為特定室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)提供對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有集中、存儲、操作和顯示地理信息的功能；所述盲人移動終端與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式提取盲人定位信息，并將盲人的空間位置準(zhǔn)確地顯示在計(jì)算機(jī)虛擬結(jié)構(gòu)圖中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能監(jiān)控；
所述數(shù)據(jù)鏈路是將所述盲人移動終端、導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)之間連接起來的通信信道，分為上行鏈路和下行鏈路；所述盲人移動終端通過所述上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)通過所述下行鏈路為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息。
同時,本發(fā)明還公開了一種基于所述室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)的導(dǎo)盲方法，包括以下步驟:
(I)盲人移動終端發(fā)送接入請求信號:所述盲人移動終端利用超聲波信號向所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)發(fā)送接入請求信號和盲人身份識別信息，啟動導(dǎo)盲接入點(diǎn)工作；所述盲人移動終端核心部件為MCU微控制器(MCU，Micro Control Unit)，它是一種型號為STM32F103RBT6的單片機(jī)，其作用是處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)有:電子羅盤的方位信息、超聲模組的距離及障礙物信息、加速度傳感器返回的加速度信息，控制作用為:控制系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)的核心大腦，其控制的信息有各種信號的采集、音頻的輸出控制、無線數(shù)據(jù)的收發(fā)及重要數(shù)據(jù)信號的讀寫存儲。
(2)導(dǎo)盲接入點(diǎn)自動組網(wǎng):`每個所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)身份識別編碼，且每個導(dǎo)盲接入點(diǎn)對應(yīng)唯一的編碼信息，當(dāng)導(dǎo)盲接入點(diǎn)通過免申請頻段ISM與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行無線通信連接，所述服務(wù)器存儲了每個導(dǎo)盲接入點(diǎn)的編碼信息，當(dāng)通信連接成功后，所述服務(wù)器可將所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)的編碼信息傳輸?shù)剿雒と艘苿咏K端，盲人將被覆蓋于網(wǎng)絡(luò)之中；
所述免申請頻段ISM系指工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用免申請頻段，以用于工業(yè)、科學(xué)研究和微波醫(yī)療方面的應(yīng)用，中國的ISM的波段主要有433MHz、866MHz、915MHz和2.4GHz ；
(3)盲人移動終端與導(dǎo)盲接入點(diǎn)無線連接并超聲測距:當(dāng)所述盲人移動終端通過所述上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接時，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)可以識別其是否為有效身份；識別為有效身份后，所述盲人移動終端發(fā)射一束超聲波，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)的換能器接收到超聲波信號后，通過所述超聲測距模組計(jì)算信號的數(shù)據(jù)鏈路傳輸往返時間，根據(jù)已知的超聲傳播速度可推算出位移，從而將盲人的物理空間位置信息返回到所述盲人移動終端；如果多個盲人移動終端同時訪問同一個導(dǎo)盲接入點(diǎn)時，該導(dǎo)盲接入點(diǎn)則采用并行的延時機(jī)制接受其訪問要求；
其中，超聲傳播速度Vtl，總的消耗時程T，終端消耗時間為T1，接入點(diǎn)消耗時間為T2，則盲人和接入點(diǎn)距離S則為=S=Vf(T-T1-T2)A ;
超聲測距模組的系統(tǒng)精確度為2mm，借助該測距算法，距離檢測的精確度能達(dá)到20mm以內(nèi)；
(4)盲人物理位置定位和監(jiān)控:盲人的物理空間位置信息通過無線方式傳輸?shù)剿龇?wù)器，所述服務(wù)器上系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里存儲了室內(nèi)建筑物對應(yīng)的虛擬結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，通過接收到的無線數(shù)據(jù)提取相關(guān)信息即可將盲人的空間位置在平面圖上顯示出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能定位和監(jiān)控；
其中，為了獲取盲人的方位和移動信息，通過所述電子羅盤指示盲人東南西北四個方位，通過所述加速度傳感器測量加速度，然后通過所述加速度傳感器內(nèi)嵌的積分器就可測算出速度和距離等信息，配合所述計(jì)步器可實(shí)現(xiàn)精確測定盲人移動速度；
(5)超聲避障:為確保盲人的行走安全和成功避障，使用所述超聲測距模組掃描障礙物，掃描過程中不斷地改變感應(yīng)角度；所述盲人移動終端首先發(fā)射一束60°超聲波形，當(dāng)探測到障礙物時，則依次使用30°和15°超聲傳感器進(jìn)行探測，從而在垂直和水平方向上對障礙物的體積進(jìn)行估算，回波信號的強(qiáng)度代表障礙物的硬度(與醫(yī)用超聲原理類似)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時地檢測障礙物及其距離，有效地避免誤警和虛報；
(6)語音導(dǎo)盲:所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)將盲人前后左右四個方位的信息通過所述下行鏈路發(fā)送到所述盲人移動終端，為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息，經(jīng)過語音模塊譯碼對盲人進(jìn)行語音提示；
其中，所述服務(wù)器中預(yù)置的區(qū)域信息軟件系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)成本，更好地管理和監(jiān)控整個系統(tǒng)工作，通過室內(nèi)區(qū)域信息交互網(wǎng)絡(luò)(原理類似GIS)，實(shí)時地監(jiān)控盲人空間位置以及其移動情況；同時，將盲人方位發(fā)送到所述盲人移動終端，在高危險場所提醒盲人即將面臨的危險，從而避免危險情況的發(fā)生；
在語音提示的具體形式上，除佩戴一般氣導(dǎo)耳機(jī)外，針對某些聽力損傷患者，還可采用骨傳導(dǎo)耳機(jī)傳聲；其無線語音傳導(dǎo)方式可保護(hù)好盲人隱私，并保證不產(chǎn)生環(huán)境干擾的語音噪聲。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)使用上、下行鏈路通信機(jī)制，支持同一接入點(diǎn)接受多個盲人用戶語音導(dǎo)航服務(wù)請求，可防止多個盲人用戶語音信號串?dāng)_；
(2)區(qū)域信息軟件系統(tǒng)可實(shí)時、準(zhǔn)確地全方位監(jiān)控盲人空間位置移動，高效地引導(dǎo)盲人行走需求；
(3)結(jié)合骨傳導(dǎo)和氣導(dǎo)耳機(jī)，采用無線語音傳導(dǎo)方式，可保護(hù)好盲人隱私，并保證不產(chǎn)生環(huán)境干擾的語音噪聲，其中骨導(dǎo)耳機(jī)還可以保護(hù)盲人的聽力水平，預(yù)防聽力下降；
(4)超聲測距模組可以確保盲人的行走安全，可成功地避障。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體框架圖；圖2是本發(fā)明超聲避障示意圖；圖3是本發(fā)明避障移動軌跡示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。一種室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括數(shù)個盲人移動終端、數(shù)個導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏈路，其特征是:所述盲人移動終端包括MCU微控制器、加速度傳感器、計(jì)步器、電子羅盤、超聲測距模組，其向盲人接入點(diǎn)傳輸攜帶盲人身份驗(yàn)證的身份識別信號，請求無線語音導(dǎo)航服務(wù)并與導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行通信；所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)為盲人移動終端提供接入導(dǎo)盲服務(wù)，接收盲人移動終端發(fā)出的身份識別信號，若驗(yàn)證通過后即刻開啟并提供無線語音導(dǎo)盲服務(wù)；所述盲人移動終端核心部件為MCU微控制器，其作用是處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)包括電子羅盤的方位信息、超聲模組的距離及障礙物信息、加速度傳感器返回的加速度信息；控制作用為控制系統(tǒng)的運(yùn)行，其控制的信息有各種信號的采集、音頻的輸出控制、無線數(shù)據(jù)的收發(fā)及重要數(shù)據(jù)信號的讀寫存儲；所述盲人移動終端上的加速度傳感器、計(jì)步器和電子羅盤實(shí)時地提供盲人的移動速度和方位信息，同時盲人移動終端上的超聲測距模組不斷地收取回波信號的延時時間和強(qiáng)度，用于分析障礙物距離和其危險程度(可根據(jù)回波強(qiáng)弱來判斷);考慮到不同盲人用戶的便利性，所述盲人移動終端的具體使用形式包括但不限于手持式、懸掛式和眼鏡式；所述服務(wù)器實(shí)現(xiàn)所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的功能，可為特定室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)提供對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有集中、存儲、操作和顯示地理信息的功能；所述盲人移動終端與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式提取盲人定位信息，并將盲人的空間位置準(zhǔn)確地顯示在計(jì)算機(jī)虛擬結(jié)構(gòu)圖中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能監(jiān)控；所述數(shù)據(jù)鏈路是將所述盲人移動終端、導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)之間連接起來的通信信道，分為上行鏈路和下行鏈路；所述盲人移動終端通過所述上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)通過所述下行鏈路為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體框架圖，包括盲人移動終端、導(dǎo)盲接入點(diǎn)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏈路等，區(qū)域信息軟件系統(tǒng)內(nèi)置于服務(wù)器中；還包括盲人移動終端上的加速度傳感器、計(jì)步器、電子羅盤、超聲測距模組等。盲人移動終端核心部件為MCU微控制器(MCU，Micro Control Unit)，它是一種型號為STM32F103RBT6的單片機(jī)，其作用是處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)有:電子羅盤的方位信息、超聲 模組的距離及障礙物信息、加速度傳感器返回的加速度信息，控制作用為控制系統(tǒng)的運(yùn)行，是系統(tǒng)的核心大腦，其控制的信息有各種信號的采集、音頻的輸出控制、無線數(shù)據(jù)的收發(fā)及重要數(shù)據(jù)信號的讀寫存儲。
導(dǎo)盲接入點(diǎn)中的DSP代表數(shù)字信號處理器，它是利用專門的數(shù)字信號處理芯片，以數(shù)字計(jì)算的方法對信號進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿足了對語音信號快速、精確、實(shí)時處理及控制的要求，其主要作用為提供了導(dǎo)盲語音錄音控制、語音編碼、語音處理和回放；FLASH存儲模塊代表閃存，提供可擦寫式存儲方式，因此接入點(diǎn)模塊可以任意移值到任何一個物理空間位置，其作用主要為存儲相關(guān)的語音提示信息；RTC時鐘代表實(shí)時時鐘，其作用主要為接入點(diǎn)可以產(chǎn)生周期性的內(nèi)部中斷或控制中斷。
同時,本發(fā)明還公開了一種基于室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)的導(dǎo)盲方法,包括以下步驟:
(I)盲人移動終端發(fā)送接入請求信號:所述盲人移動終端利用超聲波信號向所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)發(fā)送接入請求信號和盲人身份識別信息，啟動導(dǎo)盲接入點(diǎn)工作；
(2)導(dǎo)盲接入點(diǎn)自動組網(wǎng):每個所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)身份識別編碼，且每個導(dǎo)盲接入點(diǎn)對應(yīng)唯一的編碼信息，當(dāng)導(dǎo)盲接入點(diǎn)通過免申請頻段ISM與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行無線通信連接，所述服務(wù)器存儲了每個導(dǎo)盲接入點(diǎn)的編碼信息，當(dāng)通信連接成功后，所述服務(wù)器可將所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)的編碼信息傳輸?shù)剿雒と艘苿咏K端，盲人將被覆蓋于網(wǎng)絡(luò)之中；
所述免申請頻段ISM系指工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用免申請頻段，以用于工業(yè)、科學(xué)研究和微波醫(yī)療方面的應(yīng)用，中國的ISM的波段主要有433MHz、866MHz、915MHz和2.4GHz ；
(3)盲人移動終端與導(dǎo)盲接入點(diǎn)無線連接并超聲測距:當(dāng)所述盲人移動終端通過所述上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接時，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)可以識別所述盲人移動終端是否為有效身份；識別為有效身份后，所述盲人移動終端發(fā)射一束超聲波，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)的換能器接收到超聲波信號后，計(jì)算信號的數(shù)據(jù)鏈路傳輸往返時間，根據(jù)已知的超聲傳播速度可推算出位移，從而將盲人的物理空間位置信息返回到導(dǎo)盲終端；如果多個盲人移動終端同時訪問同一個導(dǎo)盲接入點(diǎn)時，該導(dǎo)盲接入點(diǎn)則采用并行的延時機(jī)制接受其訪問要求；
其中，超聲傳播 速度Vtl,總的消耗時程T，終端消耗時間為T1，接入點(diǎn)消耗時間為T2，則盲人和接入點(diǎn)距離S則為=S=Vf(T-T1-T2)A ;
超聲測距模組的系統(tǒng)精確度為2mm，借助該測距算法，距離檢測的精確度能達(dá)到20mm以內(nèi)；
(4)盲人物理位置定位和監(jiān)控:盲人的物理空間位置信息通過無線方式傳輸?shù)剿龇?wù)器，所述服務(wù)器上系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里存儲了室內(nèi)建筑物對應(yīng)的虛擬結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，通過接收到的無線數(shù)據(jù)提取相關(guān)信息即可將盲人的空間位置在平面圖上顯示出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能定位和監(jiān)控；
其中，為了獲取盲人的方位和移動信息，通過所述電子羅盤指示盲人東南西北四個方位，通過所述加速度傳感器測量加速度，然后通過所述加速度傳感器內(nèi)嵌的積分器就可測算出速度和距離等信息，配合所述計(jì)步器可實(shí)現(xiàn)精確測定盲人移動速度；
(5)超聲避障:為確保盲人的行走安全和成功避障，使用所述超聲測距模組掃描障礙物，掃描過程中不斷地改變感應(yīng)角度；所述盲人導(dǎo)盲終端首先發(fā)射一束60°超聲波形，當(dāng)探測到障礙物時，則依次使用30°和15°超聲傳感器進(jìn)行探測，從而在垂直和水平方向上對障礙物的體積進(jìn)行估算，回波信號的強(qiáng)度代表障礙物的硬度(與醫(yī)用超聲原理類似)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時地檢測障礙物及其距離，有效地避免誤警和虛報(具體超聲避障的原理如圖2所示，相應(yīng)的，盲人避障移動軌跡示意圖如圖3所示)；(6)語音導(dǎo)盲:所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)將盲人前后左右四個方位的信息通過所述下行鏈路發(fā)送到所述盲人移動終端，為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息，經(jīng)過語音模塊譯碼對盲人進(jìn)行語音提示；其中，所述服務(wù)器中預(yù)置的區(qū)域信息軟件系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)成本，更好地管理和監(jiān)控整個系統(tǒng)工作，通過室內(nèi)區(qū)域信息交互網(wǎng)絡(luò)(原理類似GIS)，實(shí)時地監(jiān)控盲人空間位置以及其移動情況；同時，將盲人方位發(fā)送到所述盲人移動終端，在高危險場所提醒盲人即將面臨的危險，從而避免危險情況的發(fā)生；在語音提示的具體形式上，除佩戴一般氣導(dǎo)耳機(jī)外，針對某些聽力損傷患者，還可采用骨傳導(dǎo)耳機(jī)傳聲；其無線語音傳導(dǎo)方式可保護(hù)好盲人隱私，并保證不產(chǎn)生環(huán)境干擾的
語音噪聲。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:(I)使用上、下行鏈路通信機(jī)制，支持同一接入點(diǎn)接受多個盲人用戶語音導(dǎo)航服務(wù)請求，可防止多個盲人用戶語音信號串?dāng)_；(2)區(qū)域信息軟件系統(tǒng)可實(shí)時、準(zhǔn)確地全方位監(jiān)控盲人空間位置移動，高效地引導(dǎo)盲人行走需求；(3)結(jié)合骨傳導(dǎo)和氣導(dǎo)耳機(jī)，采用無線語音傳導(dǎo)方式，可保護(hù)好盲人隱私，并保證不產(chǎn)生環(huán)境干擾的語音噪聲，其中骨導(dǎo)耳機(jī)還可以保護(hù)盲人的聽力水平，預(yù)防聽力下降；

(4)超聲測距模組可以確保盲人的行走安全，可成功地避障。
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括數(shù)個盲人移動終端、數(shù)個導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏈路，其特征是: 所述盲人移動終端包括MCU微控制器、加速度傳感器、計(jì)步器、電子羅盤、超聲測距模組，其向盲人接入點(diǎn)傳輸攜帶盲人身份驗(yàn)證的身份識別信號，請求無線語音導(dǎo)航服務(wù)并與導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行通信； 所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)為盲人移動終端提供接入導(dǎo)盲服務(wù)，接收盲人移動終端發(fā)出的身份識別信號，若驗(yàn)證通過后即刻開啟并提供無線語音導(dǎo)盲服務(wù)； 所述盲人移動終端上的加速度傳感器、計(jì)步器和電子羅盤實(shí)時地提供盲人的移動速度和方位信息，同時盲人移動終端上的超聲測距模組不斷地收取回波信號的延時時間和強(qiáng)度，用于分析障礙物距離和其危險程度； 所述服務(wù)器實(shí)現(xiàn)所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的功能，為特定室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)提供對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有集中、存儲、操作和顯示地理信息的功能；所述盲人移動終端與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式提取盲人定位信息，并將盲人的空間位置準(zhǔn)確地顯示在計(jì)算機(jī)虛擬結(jié)構(gòu)圖中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能監(jiān)控； 所述數(shù)據(jù)鏈路是將所述盲人移動終端、導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)之間連接起來的通信信道，分為上行鏈路和下行鏈路；所述盲人移動終端通過所述上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接，所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)通過所述下行鏈路為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征是，所述盲人移動終端核心部件為MCU微控制器，其作用是處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)包括電子羅盤的方位信息、超聲模組的距離及障礙物信息、加速度傳感器返回的加速度信息；控制作用為控制系統(tǒng)的運(yùn)行，其控制的信息有各種信號的采集、音頻的輸出控制、無線數(shù)據(jù)的收發(fā)及重要數(shù)據(jù)信號的讀寫存儲。
3.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，其特征是，所述盲人移動終端具體使用包括但不限于手持式、懸掛式和眼鏡式。
4.一種基于權(quán)利要求1或2所述室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)的導(dǎo)盲方法，其特征在于，包括以下步驟: (O盲人移動終端發(fā)送接入請求信號:所述盲人移動終端利用超聲波信號向所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)發(fā)送接入請求信號和盲人身份識別信息，啟動導(dǎo)盲接入點(diǎn)工作； (2)導(dǎo)盲接入點(diǎn)自動組網(wǎng):每個所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)身份識別編碼，每個導(dǎo)盲接入點(diǎn)對應(yīng)唯一的編碼信息，當(dāng)所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)與所述區(qū)域信息軟件系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行無線通信連接成功后，所述服務(wù)器將所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)的編碼信息傳輸?shù)剿雒と艘苿咏K端，盲人將被覆蓋于網(wǎng)絡(luò)之中； (3)盲人移動終端與導(dǎo)盲接入點(diǎn)無線連接并超聲測距:當(dāng)所述盲人移動終端通過上行鏈路與所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)進(jìn)行無線連接并識別后，所述盲人移動終端發(fā)射一束超聲波，通過所述超聲測距模組計(jì)算信號的數(shù)據(jù)鏈路傳輸往返時間，推算出位移，從而將盲人的物理空間位置信息返回到所述 盲人移動終端； (4)盲人物理位置定位和監(jiān)控:盲人的物理空間位置信息通過無線方式傳輸?shù)剿龇?wù)器，所述服務(wù)器的區(qū)域信息軟件系統(tǒng)里存儲了室內(nèi)建筑物對應(yīng)的虛擬結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，通過接收到的無線數(shù)據(jù)提取相關(guān)信息即將盲人的空間位置在平面圖上顯示出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能定位和監(jiān)控； (5)超聲避障:使用所述超聲測距模組掃描障礙物，掃描過程中不斷地改變感應(yīng)角度，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時地檢測障礙物及其距離，有效地避免誤警和虛報； (6)語音導(dǎo)盲:所述導(dǎo)盲接入點(diǎn)將盲人前后左右四個方位的信息通過所述下行鏈路發(fā)送到所述盲人移動終端，為所述盲人移動終端提供相應(yīng)的語音導(dǎo)航服務(wù)信息，經(jīng)過語音編解碼模塊譯碼對盲人進(jìn)行語音提示。
5.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)盲方法，其特征是，在步驟(3)中，如果多個盲人移動終端同時訪問同一個導(dǎo)盲接入點(diǎn)時，該導(dǎo)盲接入點(diǎn)則采用并行的延時機(jī)制接受其訪問要求，具體的超聲測距的方法為: 超聲傳播速度Vtl,總的消耗時程T，盲人移動終端消耗時間為T1,導(dǎo)盲接入點(diǎn)消耗時間為T2，則盲人和接入點(diǎn)距離S則為:S=V0* (T-T1-T2)/20
6.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)盲方法，其特征是，在步驟(4)中，通過所述電子羅盤指示盲人東南西北四個方位，通過所述加速度傳感器測量加速度，然后通過所述加速度傳感器內(nèi)嵌的積分器，測算出速度和距離等信息，配合計(jì)步器實(shí)現(xiàn)精確測定盲人移動速度，獲取盲人的方位和移動信息。
7.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)盲方法，其特征是，在步驟(5)中，所述盲人移動終端首先發(fā)射一束60°超聲波形，當(dāng)探測到障礙物時，則依次使用30°和15°超聲傳感器進(jìn)行探測，從而在垂直和水平方向上對障礙物的體積進(jìn)行估算。
8.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)盲方法，其特征是，在步驟(6)中，服務(wù)器中預(yù)置的區(qū)域信息軟件系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)成本，更好地管理和監(jiān)控整個系統(tǒng)工作；在語音提示的具體形式上，除佩戴一般氣導(dǎo)耳機(jī)外，針對某 些聽力損傷患者，還可采用骨傳導(dǎo)耳機(jī)傳聲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)無線全方位定位導(dǎo)盲系統(tǒng)，包括數(shù)個盲人移動終端、數(shù)個導(dǎo)盲接入點(diǎn)、區(qū)域信息軟件系統(tǒng)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏈路。本發(fā)明使用上、下行鏈路通信機(jī)制，支持同一接入點(diǎn)接受多個盲人用戶語音導(dǎo)航服務(wù)請求，防止多個盲人用戶語音信號串?dāng)_；區(qū)域信息軟件系統(tǒng)實(shí)時、準(zhǔn)確地全方位監(jiān)控盲人空間位置移動，高效地引導(dǎo)盲人行走需求；結(jié)合骨傳導(dǎo)和氣導(dǎo)耳機(jī)，采用無線語音傳導(dǎo)方式，保護(hù)盲人隱私，并保證不產(chǎn)生環(huán)境干擾的語音噪聲；超聲測距模組可以確保盲人的行走安全，可成功地避障。
文檔編號A61H3/06GK103191006SQ201310099789
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者羅椅民, 艾海明, 蔡希昌, 涂凱, 王東明, 張鶴繽 申請人:北京美爾斯通科技發(fā)展股份有限公司