具有導向功能的手杖的製作方法

2023-07-28 22:49:51 2

專利名稱：具有導向功能的手杖的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種導盲手杖，特別是一種具有導向功能的手杖。
背景技術：
盲人作為社會上的一個特殊群體，需要社會給予他們更多的關懷 和照顧，使他們能夠更好的獨立生活。如何安全行走，是盲人生活中 最大的問題。傳統盲人用手杖功能單一，通過手持手杖點探地面，只 能在觸碰到障礙物時才能獲知路面情況，而無法辨知當前所處的方 向，盲人在出行時對於不熟悉的路段很難辨清方向，往往帶來了很多 的不便，此外，傳統盲人用手杖功能單一，通過手持手杖點探地面， 只能在觸碰到障礙物時才能獲知路面情況，對於障礙物沒有預測能 力，給盲人出行帶來不便。
實用新型內容
本實用新型克服了上述缺點，提供了一種結構簡單、使用方便安 全的具有導向功能的手杖。
本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案是 一種具有導向 功能的手杖，包括杖身和設置在杖身頂端的手柄，還包括設置在杖身 或手柄中的導向系統，所述導向系統包括數據處理模塊和分別與所述 數據處理模塊相連的導向模塊和報警模塊，所述導向模塊包括磁場傳 感器單元、信號調整單元和信號處理單元，所述信號調整單元將所述 磁場傳感器單元輸出的信號放大後送入所述信號處理單元，經所述信號處理單元計算出偏轉角度後發送給所述數據處理模塊。
所述信號調整單元可包括連接在所述磁場傳感器輸出端的兩組
差動放大器。
所述磁場傳感器可採用型號為KMZ52的二維磁場傳感器。 所述導向系統中還可包括分別與所述數據處理模塊相連的無線
信號發射模塊、無線信號接收模塊。
所述無線信號發射模塊和無線信號接收模塊可分別為超聲波發
射模塊和超聲波接收模塊。
所述報警模塊可包括與所述數據處理模塊相連的語音電路。 所述超聲波發射模塊可包括依次連接的多諧振蕩器、驅動電路和
超聲波換能器。
所述超聲波接收模塊可包括依次連接的超聲波換能器、信號放大 電路和電壓整形電路。
所述無線信號發射模塊和無線信號接收模塊可有至少兩組，其中 至少一組設置在杖身的前方，用於檢測前方突起的障礙，其餘的至少 一組設置在杖身的底端，用於檢測凹陷障礙。
所述導向系統還可包括一個與所述數據處理模塊相連的模式轉 換開關，和用於控制所述導向系統工作電源的電源開關，所述模式轉 換開關和電源開關分別設置在所述手柄上。
本實用新型通過所述導向模塊將檢測到的方位信號發送給所述 數據處理模塊，並通過所述數據處理模塊控制報警模塊，根據當前拐 杖的方位發出相應的報警提示信號，噹噹前的使用方向如果面對的不 是正的方向，需要調整一下手杖，直至面對正向時才能夠發出提示或 隨時發出當前方位的提示。此外，通過所述單片機控制超聲波發射模塊發出超聲波信號，並利用所述各超聲波接收模塊接收經前方物體反 射回的超聲波信號，是當探測到前方有凸起障礙物或下方有凹陷且距 離超過所設定的安全閾值時，利用所述語音電路發出相應的報警聲 音，提醒盲人躲避障礙。

圖1為本實用新型的結構示意圖2為本實用新型的原理框圖3為本實用新型中超聲波發射模塊的電路原理圖； 圖4為本實用新型中磁場傳感器和信號調整單元的電路原理圖； 圖5為本實用新型中超聲波接收模塊的電路原理圖； 圖6為本實用新型中語音電路的電路原理圖。
具體實施方式

本實用新型的一種優選實施例，如圖1中所示，包括杖身1和設 置在杖身1頂端的手柄2，還包括設置在杖身1和手柄1中的導向系 統，所述導向系統中包括電源開關4、模式轉換開關5和三組超聲波 收發單元31、 32、 33，所述電源開關4和模式轉換開關5設置在手 柄2上，三組超聲波收發單元中的兩組32、 33分別設置在杖身1的 前方，用於檢測前方突起的障礙，其餘的一組31設置在杖身1的底 端，用於檢測凹陷障礙。
所述導向系統如圖2中所示，包括數據處理模塊和分別與所述數 據處理模塊相連的超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、報警模塊和導 向模塊，圖1中所示的超聲波收發單元即包括所述超聲波發射模塊和 超聲波接收模塊。所述報警模塊採用語音電路，實現語音提示報警； 所述超聲波發射模塊包括依次連接的多諧振蕩器、驅動電路和超聲波換能器；所述超聲波接收模塊包括依次連接的超聲波換能器、信號放 大電路和電壓整形電路。所述數據處理模塊採用單片機等微處理器。 所述導向模塊主要由傳感器單元、信號調整單元和方向確定單元組
成。圖中，傳感器單元採用二維磁場傳感器KMZ52，用於將地磁場 信號轉化成X軸和Y軸方向的電信號輸出，所述信號調整單元將所 述磁場傳感器單元中的輸出信號成比例放大，並將其轉換成合適的信 號hex和hey，同時消除信號的偏移。通過所述方向確定單元可將所 述信號調整單元輸出的兩路信號hex和hey進行放大，然後再按下式 計算出偏轉角度a :
a = arctan hey / hex
這樣就可得出該磁場的偏轉角度，最後通過接口將該信號送往單 片機，進而控制語音模塊進行語音導向。所述數據處理模塊還可以連 接有模式轉換開關，用於控制所述導向系統在導向功能和障礙探測功 能之間的轉換。
如圖3中所示，為本實用新型中磁場傳感器和信號調整單元的電 路原理圖，由於所述二維磁場傳感器KMZ52 U6內部橋式結構的磁 阻輸出是差動電壓，通過運算放大器U1B、 U2B、 U3B、 U4B構成的 兩組差動放大器，可以使磁場傳感器U6的兩路差動電壓信號hex和 hey來用同樣的運放結構成比例放大，為了將兩個磁場　傳感器信號放 大同樣的倍數，可以將二者的翻轉線圈串聯，即通過導線將磁場傳感 器U6的1腳和10腳相連，而從11腳輸出的翻轉信號從(1) 口輸 入，X、 Y軸差動電壓信號則分別從(2)、 (3) 口輸出，然後通過方 向確定單元對傳來的信號進行A/D採樣、數值處理和校正後，即可 得到所求的角度。所述方向確定單元可以通過一個獨立的微處理器實現，或作為所述單片機中的一個處理單元實現其功能。
如圖4中所示，為超聲波發射模塊的電路原理圖，利用LM555CH 集成定時器U2組成的多諧振蕩器振蕩產生40kHz的超聲波，為了使 超聲波測距範圍足夠遠，可以對振蕩信號進行功率放大後再進行發 送，因此在所述多謝振蕩器的發射端連接一個由達林頓三極體Q1構 成的驅動電路，以增強其驅動能力，最後通過與所述達林頓三極體 Ql的集電極輸出相連的超成波換能器(圖中未標示)發出超聲波信 號。
如圖5中所示，為超聲波接收模塊的電路原理圖，由於超聲波在 空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強， 距離越遠信號越弱，返回的超聲波信號通常在10mV 60mV之間。 所以為了方便信號處理，將從超聲波換能器(圖中未標示)接收到的 超聲波信號進行100倍以上的放大增益。所述信號放大電路中採用 LM358運算放大器U1A、 U2A進行兩級放大，令放大後的信號電壓 約5V，放大後的輸出再接個檢波二級管Dl進行穩壓，然後通過一 個由施密特觸發器U3A構成的電壓整形電路進行方波整形，最後送 到所述單片機進行數據處理。
所述語音電路如圖6所示，電路中語音晶片U5採用ISD2590， 該晶片是90秒可分多段錄音放音的晶片，分段的控制由單片機地址 線控制，通過程序把語音晶片U5內的存儲空間分成8段每段可錄製 10秒錄音，分別錄入"前方一米內有障礙物"、"前方半米內有障礙 物"和"前方二十釐米內有障礙物"和"下方有凹陷"四段代表不同 障礙狀態的語音，以及"前方為東"、"前方為西"和"前方為南"和 "前方為北"四段代表不同方向的語音。當按下位於手柄2處的電源開關4後，通過模式轉換開關5轉換
到"導向"的工作狀態時，所述導向模塊將檢測到的方位信號發送給 所述數據處理模塊，並通過所述數據處理模塊控制語音電路，根據當 前拐杖的方位發出相應的語音提示，噹噹前的使用方向如果面對的不 是正的方向，需要調整一下手杖，直至面對正向時才能夠發出聲音提 示，也可以在調整手杖的同時，實時發出當前方位角度的語音提示。
在通過模式轉換開關5轉換到"障礙物探測"的工作狀態時，所述單
片機控制超聲波發射模塊發出超聲波信號，並利用所述各超聲波接收 模塊接收經前方物體反射回的超聲波信號，是當探測到前方有凸起障 礙物或下方有凹陷且距離超過所設定的安全閾值時，利用所述語音電 路發出相應的報警聲音，提醒盲人躲避障礙。其中，前方凸起障礙探 測採用正邏輯，即當接收到的超聲波信號越強，說明距離障礙物越近，
根據單片機計算的距離調用所述語音晶片U5中相應語音段進行提 示；下方凹陷探測採用反邏輯，即當接收到的超聲波信號比較強時說 明下方是地面，此時不需要提示；但回波信號較弱超過設定值時說明 下方有較大的凹陷，此時調用所述語音晶片U5中相應語音段進行提 示。當不需要使用障礙探測功能時，則關閉所述電源開關，裝置進入 省電模式，可以作為普通手杖使用。
此外，所述無線信號的收發也可以採用紅外信號實現。 以上對本實用新型所提供的具有導向功能的手杖進行了詳細介 紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡 述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心 思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想， 在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書 內容不應理解為對本實用新型的限制。
9
權利要求1.一種具有導向功能的手杖，包括杖身和設置在杖身頂端的手柄，其特徵在於還包括設置在杖身或手柄中的導向系統，所述導向系統包括數據處理模塊和分別與所述數據處理模塊相連的導向模塊和報警模塊，所述導向模塊包括磁場傳感器單元、信號調整單元和信號處理單元，所述信號調整單元將所述磁場傳感器單元輸出的信號放大後送入所述信號處理單元，經所述信號處理單元計算出偏轉角度後發送給所述數據處理模塊。
2. 根據權利要求l所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所 述信號調整單元包括連接在所述磁場傳感器輸出端的兩組差動放大 器°
3. 根據權利要求2所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所述磁場傳感器採用型號為KMZ52的二維磁場傳感器。
4. 根據權利要求1或2或3所述的具有導向功能的手杖，其特徵 在於所述導向系統中還包括分別與所述數據處理模塊相連的無線信 號發射模塊、無線信號接收模塊。
5. 根據權利要求4所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所 述無線信號發射模塊和無線信號接收模塊可有至少兩組，其中至少--組設置在杖身的前方，其餘的至少一組設置在杖身的底端。
6. 根據權利要求4所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所述無線信號發射模塊和無線信號接收模塊分別為超聲波發射模塊和超聲波接收模塊。
7. 根據權利要求1或2或3所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所述報警模塊包括與所述數據處理模塊相連的語音電路。
8. 根據權利要求6所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所述超聲波發射模塊包括依次連接的多諧振蕩器、驅動電路和超聲波換
9. 根據權利要求6所述的具有導向功能的手杖，其特徵在於所 述超聲波接收模塊包括依次連接的超聲波換能器、信號放大電路和電 壓整形電路。
10. 根據權利要求1或2或3所述的具有導向功能的手杖，其特徵 在於所述導向系統還包括一個與所述數據處理模塊相連的模式轉換 開關，和用於控制所述導向系統工作電源的電源開關，所述模式轉換 開關和電源開關分別設置在所述手柄上。
專利摘要本實用新型涉及一種導盲手杖，特別是一種具有導向功能的手杖，包括杖身和設置在杖身頂端的手柄，還包括設置在杖身或手柄中的導向系統，所述導向系統包括數據處理模塊和分別與所述數據處理模塊相連的導向模塊和報警模塊，所述導向模塊包括磁場傳感器單元、信號調整單元和信號處理單元，所述信號調整單元將所述磁場傳感器單元輸出的信號放大後送入所述信號處理單元，經所述信號處理單元計算出偏轉角度後發送給所述數據處理模塊。本實用新型通過所述導向模塊將檢測到的方位信號發送給所述數據處理模塊，並通過所述數據處理模塊控制報警模塊，根據當前拐杖的方位發出相應的報警提示信號，給盲人的出行帶來極大的方便。
文檔編號A61H3/06GK201164538SQ20082000501
公開日2008年12月17日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者張兆莉, 曹麗婷, 蔚 蔣 申請人:北京聯合大學