基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統的製作方法

2023-06-12 15:58:46

專利名稱：基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輔助盲人穿越交通路口的設備，具體是一種基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統。用於信息處理技術領域。
背景技術：
現行輔助盲人穿越交通路口的方案主要是以聲音提示方式告知盲人當前交通燈狀況，輔助其穿越交通路口。
經文獻檢索發現，中國專利號為03261479.9，實用新型專利名稱新型發聲交通信號燈。該專利自述為「由燈罩、信號燈、燈柱、音箱、電池門、蓄電池、燈座、開關、導線、晶片構成。其特徵是燈罩的下面位置罩住信號燈的上面位置，信號燈的尾端位置電連接在音箱的接線端位置，音箱的接線端位置電連接在晶片的接線端位置，晶片的另一接線端位置電連接在蓄電池的電極位置，開關的下端位置電連接在燈柱的中下部位置，燈柱的下部位置固定安裝在燈座的上面位置。」在交通十字路口的每個行人紅綠燈上安置音箱，當行人紅綠燈指示紅燈、綠燈以及閃爍的綠燈不同狀態時，音箱會發出不同的聲音來分別表示燈的不同狀態。當盲人走到交通路口準備過馬路時，通過分辨音箱發出的聲音，判斷紅綠燈狀態，來穿越馬路。
但是該技術存在如下不足1)需要時刻不停的發出提示聲，不論白天還是深夜。2)音箱的音量難以設置，白天時由於周圍環境噪音的緣故，需要有較大的音量；而到了晚上音量過大將會產生噪聲汙染，影響周邊居民休息。3)一個標準交通路口有兩個方向不同的行人交通指示燈，也就是在任意一個街角要過馬路的話，都會同時聽到來自兩個不同指示方向的聲音提示(因為橫向和縱向的交通燈總是相對立的)，這將會給盲人造成聽覺上的幹擾。4)音箱發出代表交通信號燈狀態的聲音沒有一個固定的規範，不同的地方使用不同的聲音來表示交通燈狀態，這對於盲人的識別會造成影響。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，使其可以幫助盲人便捷又安全的通過交通路口，從而達到方便盲人安全出行的目的，並同時解決了背景技術中的缺憾。
本發明的技術方案是這樣實現的，本發明包括與行人交通燈相連接的主機和盲人隨時攜帶的從機。主機包括第一單片機系統和第一無線數傳模塊，以及行人交通燈狀態的讀入接口，第一無線數傳模塊通過導線與第一單片機系統建立物理電連接，行人交通燈狀態的讀入接口通過導線與第一單片機系統的輸入埠相連；從機包括第二單片機系統和一個精度要求較高的電子指南針傳感器以及第二無線數傳模塊，第二無線數傳模塊通過導線與第二單片機系統建立物理電連接，電子指南針傳感器通過導線和第二單片機系統相連。從機設計成可攜式的，供盲人攜帶，盲人可以攜帶置各處使用。主機和從機通過各自的無線數傳模塊建立公共性無線通信方式，主機和從機通過無線方式進行數據和信息的交換及傳輸。一個主機可以同時和任意多個從機進行通信，來解決多個盲人同時穿越同一交通路口的情況。主機與交通燈相同，也將24小時連續工作。
主機除了包括單片機系統和無線數傳模塊以外，還包括訪問交通燈狀態的連接接口、修改和保存主機固定朝向值的控制部分(此處的主機固定朝向值是指與主機所連接的行人交通燈的燈面的朝向與正北方向的交角值，範圍0-360，此朝向值可以通過電子指南針傳感器來測量得到)以及電源輸入裝置。主機通過無線數傳模塊接收來自從機的問訊信息和盲人和從機朝向值(此處的盲人和從機朝向值是指攜帶該從機的盲人的正面朝向與正北方向的交角值，範圍0-360，此朝向值可以通過電子指南針傳感器來測量得到)，再通過訪問交通燈狀態的連接接口來獲得當前與主機相連接的行人交通燈的狀態，之後，單片機系統根據所得到的信息和數據，作出該盲人是否可以穿越交通路口的判斷，再通過無線數傳模塊發送回該從機。
從機包括單片機系統、無線數傳模塊、電子指南針傳感器、電源輸入裝置、發聲裝置和震動裝置。當盲人來到交通路口，面向將要穿越的馬路準備過馬路時，啟動從機，從機首先通過單片機系統訪問電子指南針傳感器以得到盲人和從機的朝向值，之後通過無線數傳模塊將問訊信息和該朝向值發送給該路口的主機，然後，不斷訪問無線數傳模塊來等待主機的回覆信息，單片機系統判斷接收到的主機回覆信息，然後確定是否可以穿越交通路口，將該信號通過發聲裝置或者震動裝置表示出來，以提示盲人。
本發明設計製作簡單，成本較低，可靠性、準確性、安全性較高，而且利用無線方式，通過主機和從機的交互式通信方法，將每一個盲人都作為不同的獨立的個體分別對待，增加可靠性和準確性。彌補了現行的輔助盲人過馬路方法的不足不會產生噪音；有發聲和震動兩種提示方式供選擇來提示盲人當前交通燈信號燈狀態，易於形式規範統一。每個交通路口只需要一個主機，主機可以在交通路口的任意一個行人紅綠燈上安裝，安裝方便。本系統不僅可以在盲人密集區域的交通路口安裝，在城市的各個交通路口都能安裝本系統。這樣，盲人的日常活動範圍可以擴大，能便捷、安全、放心的訪問城市的更多地方。本發明為盲人提供輔助服務，更好的與盲道相配合，為盲人解決過馬路難這一問題。


圖1為本發明系統的結構示意圖。
圖2為本發明系統中主機的基本組成示意圖。
圖3為本發明系統中從機的基本組成示意圖。
圖4為本發明系統工作流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明包括與行人交通燈相連接的主機1和盲人隨時攜帶的從機2。主機1包括單片機系統3和無線數傳模塊4，以及行人交通燈狀態的讀入接口5，無線數傳模塊4通過導線與單片機系統3建立物理電連接，行人交通燈狀態的讀入接口5通過導線與單片機系統3的輸入埠相連；從機2包括單片機系統6和一個電子指南針傳感器7以及無線數傳模塊8，無線數傳模塊8通過導線與單片機系統6建立物理電連接，電子指南針傳感器7通過導線和單片機系統6相連；主機1和從機2通過各自的無線數傳模塊建立公共性無線通信方式，通過無線方式進行數據和信息的交換及傳輸，一個主機1同時和任意多個從機2進行通信。
如圖2、圖4所示，主機1除了包括單片機系統3、無線數傳模塊4、行人交通燈狀態的讀入接口5以外，還包括天線9、保存和修改主機固定朝向值控制器10、電源輸入裝置11，主機1的無線數傳模塊4通過導線與單片機系統3建立物理電連接，由電源線和信號線兩部分連線組成，其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統3控制無線數傳模塊4的方式，通常可以使用串行通信(RS-232)或者I2C總線等方式，導線便和單片機系統3相應的埠相連串行通信方式需要連接RXD、TXD等串行通信埠；I2C總線方式需要連接SCL、SDA等I2C總線埠；而電源線則通過導線與主機1的電源輸入裝置11相連接，和單片機系統3使用相同直流輸入。天線9直接安裝在無線數傳模塊4的天線插座上。保存和修改主機固定朝向值控制器10是自製的一個用戶輸入鍵盤，鍵盤通過導線連接到單片機系統3的輸入埠，這樣單片機3便可以讀到由鍵盤輸入的值。行人交通燈狀態的讀入接口5是通過導線連接的將記錄行人交通燈當前狀態的信號通過導線與單片機系統3的輸入埠相連，輸入當前行人交通燈信號的狀態。而主機1的供電是這樣解決的由於主機需要24小時連續工作，因此需要連續供電。正好，主機1安裝在行人交通燈上，可以直接使用提供行人交通燈工作的電源，由於此電源是220伏交流電，而主機需要較低的直流電源。因此需要將220伏交流電通過導線連接到主機1的電源輸入裝置11。電源輸入裝置11的功能便是將輸入的220伏交流電轉換成穩定的低壓直流電從其輸出口輸出。只要將電源輸入裝置11的輸出口和主機1的單片機系統3的電源輸入端用導線相連接，主機1就可以正常工作。
主機1通過無線數傳模塊4接收來自從機的問訊信息和盲人和從機2朝向值，再通過訪問行人交通燈狀態的讀入接口5來獲得當前與主機1相連接的行人交通燈的狀態，單片機系統3根據所得到的通信信息和數據，對該盲人是否可以穿越交通路口作出判斷，將判斷結果通過無線數傳模3塊發回從機2。在將主機2安裝到行人交通燈上之後，要將此行人交通燈燈面的朝向值作為固定參數通過修改和保存主機固定朝向值控制器10輸入主機單片機系統3，作為常量參數，輔助其工作運算。
如圖3、圖4所示，從機2除了包括單片機系統6、電子指南針傳感器7、無線數傳模塊8外，還包括天線12、電源輸入裝置13、發聲裝置14、震動裝置15，與主機相類似，從機2的無線數傳模塊8通過導線與單片機系統6建立物理電連接，由電源線和信號線兩部分連線組成。其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統6控制無線數傳模塊8的方式，通常可以使用串行通信(RS232)或者I2C總線等方式，導線便和單片機系統6相應的埠相連串行通信方式需要連接RXD、TXD等串行通信埠；I2C總線方式需要連接SCL、SDA等I2C總線埠；而電源線則通過導線與從機2的電源輸入裝置13相連接，和單片機系統6使用相同直流輸入。天線12直接安裝在無線數傳模塊8的天線插座上。從機2的電子指南針傳感器7也需要兩部分的連線，電源線和信號線其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統6控制電子指南針傳感器7的方式，通常可以使用串行通信(RS232)或者I2C總線等方式，導線便和單片機系統6相應的埠相連串行通信方式需要連接RXD、TXD等串行通信埠；I2C總線方式需要連接SCL、SDA等I2C總線埠；而電源線則通過導線與從機2的電源輸入裝置13相連接，由其直接供電。由於電子指南針傳感器7通常需要比單片機系統6高的直流電源供電，因此需要從機2的電源輸入裝置13能提供兩種不同的直流電源輸出較低的直流電源供給從機單片機系統6和無線數傳模塊8，和較高的直流電源供給從機2的電子指南針傳感器7。從機的發聲裝置14和震動裝置15通過導線分別連接到單片機系統6的不同的輸出埠(OutputPort)，由單片機系統6通過編程控制輸出埠輸出電流，來驅動發聲裝置14和震動裝置15工作。由於從機2設計成可攜式，供盲人隨身攜帶，因此整個從機2的電源供電適合選用乾電池或可充電電池，便於攜帶和更換。從機2的供電電源也通過導線與從機2的電源輸入裝置13相連，作為電源輸入裝置13的輸入源。經過電源輸入裝置13的電壓轉換，分別通過不同的輸出口輸出較高和較低的兩種直流電源供電。
當盲人來到交通路口，面向將要穿越的馬路準備過馬路時，啟動從機2，從機2首先通過單片機系統6訪問電子指南針傳感器7以得到盲人和從機2的朝向值，之後通過無線數傳模塊8將問訊信息和該朝向值發送給該路口的主機1。然後，單片機系統6不斷訪問無線數傳模塊8來等待主機1的回覆信息，對接收到的信息進行判斷處理，確定是否可以穿越交通路口，並將該判斷信息通過發聲或者震動方式表示出來，告知盲人。
本發明系統中的主機與從機的組成簡單，可直接採用市售商品為組成部分。單片機系統選擇範圍較廣，普通8位或以上的單片機系統能應用。而且市場上容易購置包括Intel、Philip、AVR等單片機系統。無線數傳模塊在電子市場或某些專門研製無線通信器件的公司有現成的模塊供應，一般提供串行通信接口和可靠發送接收無線編碼解碼通信協議，可以保證無線通信的保密性、可靠性和準確性。當然，為了降低成本、提高系統整體性能，建議自行研發設計無線數傳模塊，以整合到主機和從機的單片機系統中，作為單片機系統的一部分來控制。
從機採用的電子指南針模塊有現成的模塊供應，主要提供I2C接口100Kbps的傳輸速率，同時還提供串行通信接口。單片機系統可以通過任意的接口方式訪問該模塊，讀取數據。當然，仍然建議自行研發電子指南針傳感器，將其整合到從機單片機系統中，作為從機單片機系統的一部分，既便於控制，又提高系統性能，降低成本。
本發明系統中採用到的其他電子構件均能夠在電子市場購置到。
本發明系統中使用的無線數傳模塊應當工作在國際公共使用頻段，便於使用和頻率設置，同時由於同頻無線電波在空中會相互幹擾，因此，在設計本系統主機從機通信的過程中，應當注意這個問題，避免其相互幹擾，影響通信。同時，還要考慮到多從機同時與同一主機通信的問題，(解決多個盲人同時穿越同一交通路口的問題)，在設計本發明系統時也需要考慮多從機會產生的同頻幹擾問題。
權利要求
1.一種基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，包括與行人交通燈相連接的主機(1)和盲人隨時攜帶的從機(2)，其特徵在於，主機(1)包括單片機系統(3)和無線數傳模塊(4)，以及行人交通燈狀態的讀入接口(5)，無線數傳模塊(4)通過導線與單片機系統(3)建立物理電連接，行人交通燈狀態的讀入接口(5)通過導線與單片機系統(3)的輸入埠相連，從機(2)包括單片機系統(6)和一個電子指南針傳感器(7)以及無線數傳模塊(8)，無線數傳模塊(8)通過導線與單片機系統(6)建立物理電連接，電子指南針傳感器(7)通過導線和單片機系統(6)相連，主機(1)和從機(2)通過各自的無線數傳模塊建立公共性無線通信方式，通過無線方式進行數據和信息的交換及傳輸，一個主機(1)同時和任意多個從機(2)進行通信。
2.根據權利要求1所述的基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，其特徵是，主機(1)還包括天線(9)、保存和修改主機固定朝向值控制器(10)、電源輸入裝置(11)，主機(1)的無線數傳模塊(4)通過導線與單片機系統(3)建立物理電連接，由電源線和信號線兩部分連線組成，其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統(3)控制無線數傳模塊(4)的方式，使用串行通信或者I2C總線方式，導線便和單片機系統(3)相應的埠相連，而電源線則通過導線與電源輸入裝置(11)相連接，天線(9)直接設置在無線數傳模塊(4)的天線插座上，保存和修改主機固定朝向值控制器(10)是一個用戶輸入鍵盤，鍵盤通過導線連接到單片機系統(3)的輸入埠，電源輸入裝置(11)的輸出口和單片機系統(3)的電源輸入端用導線相連接。
3.根據權利要求1所述的基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，其特徵是，從機(2)還包括天線(12)、電源輸入裝置(13)、發聲裝置(14)、震動裝置(15)，從機(2)的無線數傳模塊(8)通過導線與單片機系統(6)建立物理電連接，由電源線和信號線兩部分連線組成，其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統(6)控制無線數傳模塊(8)的方式，使用串行通信或者I2C總線方式，導線便和單片機系統(6)相應的埠相連，而電源線則通過導線與從機(2)的電源輸入裝置(13)相連接，天線(12)直接設置在無線數傳模塊(8)的天線插座上，發聲裝置(14)和震動裝置(15)通過導線分別連接到單片機系統(6)的輸出埠，從機(2)的供電電源也通過導線與從機(2)的電源輸入裝置(13)相連，作為電源輸入裝置(13)的輸入源。
4.根據權利要求3所述的基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，其特徵是，電子指南針傳感器(7)有兩部分的連線，電源線和信號線其中信號線的連線數量和方式取決於單片機系統(6)控制電子指南針傳感器(7)的方式，使用串行通信或者I2C總線方式，導線便和單片機系統(6)相應的埠相連，而電源線則通過導線與電源輸入裝置(13)相連接，由其直接供電。
全文摘要
一種基於單片機輔助盲人穿越交通路口的系統，用於輔助服務系統領域。包括主機和從機，主機包括單片機系統和無線數傳模塊，以及行人交通燈狀態的讀入接口，無線數傳模塊通過導線與單片機系統建立物理電連接，行人交通燈狀態的讀入接口通過導線與單片機系統的輸入埠相連，從機包括單片機系統和電子指南針傳感器以及無線數傳模塊，無線數傳模塊通過導線與單片機系統建立物理電連接，電子指南針傳感器通過導線和單片機系統相連，主機和從機通過各自的無線數傳模塊建立公共性無線通信方式，一個主機同時和任意多個從機進行通信。本發明設計製作簡單，成本較低，可靠性、準確性、安全性較高，能幫助盲人順利的通過交通路口。
文檔編號A61H3/06GK1588480SQ20041006620
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月9日 優先權日2004年9月9日
發明者傅正佳 申請人:上海交通大學