CN110638614A - 一种盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法 - Google Patents

一种盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法，该***包括眼镜、拐杖、中央控制器、超声波测距单元、语音及震动模块和无线通信模块；所述中央控制器分别与超声波测距单元、无线通信模块和语音及震动模块连接。该方法通过超声波模块采集用户前方物体的距离数据，超声波模块分别位于眼镜和拐杖上，使其检测范围能覆盖前方所有区域，采集完数据后，通过通信***将拐杖上的数据发送给眼镜，眼镜上的控制器获得拐杖及眼镜上的原始数据后，对数据进行滤波处理，再根据优化后的数据判断各区域的物体距离是否过短，是则判断该方向存在障碍物，并通过语音及震动单元向用户提示障碍物信息。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

Description

一种盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法
技术领域
本发明涉及盲人辅助设备领域，尤其涉及一种盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法。
背景技术
目前盲人出行时的躲避障碍物方法一般是通过导盲犬引导，或者只是使用普通拐杖，触摸障碍物确定障碍物位置，单纯使用拐杖触摸障碍物并不能及时快速的发现障碍物，而部分场合如餐厅等可能禁止导盲犬等宠物入内，对盲人的出行造成巨大干扰；目前一些能够为盲人出行提供帮助的电子导航设备往往价格高昂，或者不适用于复杂环境，不满足大部分盲人的需求，无法大范围普及，因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种盲人眼镜及拐杖避障提示***。
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述避障提示***的控制方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种盲人眼镜及拐杖避障提示***，该避障提示***主要包括眼镜、拐杖、中央控制器、超声波测距单元、语音及震动模块、以及无线通信模块。所述中央控制器分别与超声波测距单元和无线通信模块连接，三者均分别安装在眼镜和拐杖上，且眼镜和拐杖通过无线通信模块实现连接。所述语音及震动模块安装在眼镜上，并与中央控制器连接；所述中央控制器采用微型处理器。
具体的，所述中央控制器，用于调用所述超声波传感器采集物体与用户的距离数据。用于对测距单元的原始数据进行滤波优化并通过优化后的数据判断用户前方障碍物信息。还用于调用语音及震动模块向用户提示障碍物位置信息。
具体的，所述无线通讯模块采用蓝牙模块，所述蓝牙模块用于将拐杖上的原始数据发送给眼镜上的中央控制器。
具体的，所述语音及震动模块通过语音内容或震动频率向用户提示障碍物位置信息。
作为本发明的优选方案，所述超声波测距单元包括若干用于获取障碍物距离数据的超声波传感器。每两个所述超声波传感器为一组，每组超声波位于同一水平面。所述眼镜上设置一组超声波传感器，其检测方向为正前方且超声波传感器之间的距离为10cm。
作为本发明的优选方案，所述拐杖上固定多组超声波传感器，各组超声波传感器分布在拐杖上。不同组之间的超声波传感器的检测范围不重叠，同组的两个超声波传感器检测方向之间的夹角为7度。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：
一种盲人眼镜及拐杖避障提示***的控制方法，该控制方法主要包括如下步骤：
步骤S1：眼镜及拐杖上的中央控制器进入工作模式，向超声波测距单元发送测距指令。
步骤S2：拐杖上的超声波测距单元获得原始数据后，通过蓝牙模块将原始数据发送给位于眼镜上的中央控制器，中央控制器获得从拐杖接收到以及从位于眼镜上的测距单元原始数据后，对数据进行卡尔曼滤波并获得优化后的数据。
步骤S3：将各个模块对应的距离数据与阀值进行对比，判断相应区域内是否存在障碍物以及障碍物的距离。
步骤S4：获得障碍物信息后，使用语音及震动模块向用户提示障碍物信息，在语音模式下，语音提示障碍物的距离和位置，在震动模式下，通过震动频率提示用户与障碍物的距离，震动频率与距离成反比。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3还包括：位于眼镜上的中央控制器获得优化数据后，比较各组超声波模块的数据并判断是否存在障碍物，若存在障碍物则继续判断物***置并判断是否需要提醒用户，其判断情况包括：
若障碍物距离小于1.5m，则判断障碍物会影响用户前进，提醒用户前方存在障碍物；
若障碍物距离在1.5m至2.5m之间，则对比上一次检测数据，若上一次检测数据小于当前数据，则判断物体正在远离，若上一次检测数据大于2.5m，则判断该物体只是临时性进入视野，当发生以上两种情况时不会影响用户前进，不向用户提醒该信息；
若上一次检测距离大于当前距离且小于2.5m，则判断该物体正在接近，并且可能影响用户前行，提醒用户前方有障碍物。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1还包括：眼镜和拐杖上的中央控制器以轮询方式采集超声波模块数据，每个超声波传感器彼此间的数据采集间隔设为60ms以上。测距开始时，由眼镜向拐杖发送测距请求，拐杖接收请求后，采用轮询方式采集拐杖上超声波模块的数据，并将采集到的数据通过通讯单元发送给眼镜，眼镜接受到数据后，以轮询方式采集眼镜上超声波模块的测距数据，并将数据传输给数据处理单元。
本发明的工作过程和原理是：本发明通过超声波模块采集用户前方物体的距离数据，超声波模块分别位于眼镜和拐杖上，从而使其检测范围能够覆盖用户前方所有区域，采集完数据后，通过通信***将拐杖上的数据发送给眼镜，眼镜上的控制器获得拐杖及眼镜上的原始数据后，对数据进行滤波处理，再根据优化后的数据判断各区域的物体距离是否过短，是则判断该方向存在障碍物，并通过语音及震动单元向用户提示障碍物信息。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法可精确判断障碍物所在位置并通过语音及震动方式提示，为盲人避开障碍物提供更多参考信息，且其成本低廉并适合大部分盲人使用。
(2)本发明所提供的盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法不仅提高了数据的稳定性，而且避免了由于数据传输错误，产生重大后果事件的发生，进而增加了用户体使用的安全性。
(3)本发明所提供的盲人眼镜及拐杖避障提示***及其控制方法通过声波回声获取装备与前方障碍物的距离，并将各个超声波模块的信息进行处理后通过提示单元进行多种形式的提示，并且配合报警单元及方位单元形成的一套控制方法为盲人更好更安全的出行体验及保障。
附图说明
图1是本发明所提供的盲人眼镜及拐杖避障提示***的结构示意图。
图2是本发明所提供的障碍物判断流程图。
图3是本发明所提供的盲人眼镜及拐杖避障提示***的内部数据流向图。
图4是本发明所提供的超声波传感器测量区域划分示意图。
图5是本发明所提供的设有参数和阈值的障碍物判断流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图5所示，本实施例公开了一种盲人眼镜及拐杖避障提示***，该避障提示***主要包括眼镜、拐杖、中央控制器、超声波测距单元、语音及震动模块、以及无线通信模块。所述中央控制器分别与超声波测距单元和无线通信模块连接，三者均分别安装在眼镜和拐杖上，且眼镜和拐杖通过无线通信模块实现连接。所述语音及震动模块安装在眼镜上，并与中央控制器连接；所述中央控制器采用微型处理器。
具体的，所述中央控制器，用于调用所述超声波传感器采集物体与用户的距离数据。用于对测距单元的原始数据进行滤波优化并通过优化后的数据判断用户前方障碍物信息。还用于调用语音及震动模块向用户提示障碍物位置信息。
具体的，所述无线通讯模块采用蓝牙模块，所述蓝牙模块用于将拐杖上的原始数据发送给眼镜上的中央控制器。
具体的，所述语音及震动模块通过语音内容或震动频率向用户提示障碍物位置信息。
作为本发明的优选方案，所述超声波测距单元包括若干用于获取障碍物距离数据的超声波传感器。每两个所述超声波传感器为一组，每组超声波位于同一水平面。所述眼镜上设置一组超声波传感器，其检测方向为正前方且超声波传感器之间的距离为10cm。
作为本发明的优选方案，所述拐杖上固定多组超声波传感器，各组超声波传感器分布在拐杖上。不同组之间的超声波传感器的检测范围不重叠，同组的两个超声波传感器检测方向之间的夹角为7度。
本发明还公开了一种盲人眼镜及拐杖避障提示***的控制方法，该控制方法主要包括如下步骤：
步骤S1：眼镜及拐杖上的中央控制器进入工作模式，向超声波测距单元发送测距指令。
步骤S2：拐杖上的超声波测距单元获得原始数据后，通过蓝牙模块将原始数据发送给位于眼镜上的中央控制器，中央控制器获得从拐杖接收到以及从位于眼镜上的测距单元原始数据后，对数据进行卡尔曼滤波并获得优化后的数据。
步骤S3：将各个模块对应的距离数据与阀值进行对比，判断相应区域内是否存在障碍物以及障碍物的距离。
步骤S4：获得障碍物信息后，使用语音及震动模块向用户提示障碍物信息，在语音模式下，语音提示障碍物的距离和位置，在震动模式下，通过震动频率提示用户与障碍物的距离，震动频率与距离成反比。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3还包括：位于眼镜上的中央控制器获得优化数据后，比较各组超声波模块的数据并判断是否存在障碍物，若存在障碍物则继续判断物***置并判断是否需要提醒用户，其判断情况包括：
若障碍物距离小于1.5m，则判断障碍物会影响用户前进，提醒用户前方存在障碍物；
若障碍物距离在1.5m至2.5m之间，则对比上一次检测数据，若上一次检测数据小于当前数据，则判断物体正在远离，若上一次检测数据大于2.5m，则判断该物体只是临时性进入视野，当发生以上两种情况时不会影响用户前进，不向用户提醒该信息；
若上一次检测距离大于当前距离且小于2.5m，则判断该物体正在接近，并且可能影响用户前行，提醒用户前方有障碍物。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1还包括：眼镜和拐杖上的中央控制器以轮询方式采集超声波模块数据，每个超声波传感器彼此间的数据采集间隔设为60ms以上。测距开始时，由眼镜向拐杖发送测距请求，拐杖接收请求后，采用轮询方式采集拐杖上超声波模块的数据，并将采集到的数据通过通讯单元发送给眼镜，眼镜接受到数据后，以轮询方式采集眼镜上超声波模块的测距数据，并将数据传输给数据处理单元。
本发明的工作过程和原理是：本发明通过超声波模块采集用户前方物体的距离数据，超声波模块分别位于眼镜和拐杖上，从而使其检测范围能够覆盖用户前方所有区域，采集完数据后，通过通信***将拐杖上的数据发送给眼镜，眼镜上的控制器获得拐杖及眼镜上的原始数据后，对数据进行滤波处理，再根据优化后的数据判断各区域的物体距离是否过短，是则判断该方向存在障碍物，并通过语音及震动单元向用户提示障碍物信息。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
实施例2：
本实施例还公开了一种用于多组超声波传感器的数据融合算法，该算法主要包括如下步骤：
1、融合公式为:
xi,i-1＝xi+[xi-1-xi]*Ci,i-1
上一次权值最新测量数据，其中xi,i-1为最终所得数据，xi为第i个超声波模块所得数据，Ci,i-1为权重系数；
2、由于受检测角度和超声波模块自身因素影响，不同模块采集的数据准确率有所差异，因此，采用权重系数来控制超声波模块在最终数据中所占比重，其计算公式如下:
Ci＝Confi-1/[Confi+Confi-1]
其中，超声波模块权重Ci与数据的准确率有关，数据的准确率通过数据稳定性(Confi是指衡量第i个超声波模块的数据稳定度)表现，在一段时间内，数据越稳定趋于平滑，则数据越可靠；
3、数据稳定度公式如下:
Confi＝α*Conf′i+b*Δxi
其中，Conf′i为前一刻所计算的数据稳定度，Δxi为超声波模块历史数据的方差，α、b为比例系数，其和为1，其取值根据实际情况调整。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盲人眼镜及拐杖避障提示***，其特征在于，包括眼镜、拐杖、中央控制器、超声波测距单元、语音及震动模块、以及无线通信模块；所述中央控制器分别与超声波测距单元和无线通信模块连接，三者均分别安装在眼镜和拐杖上，且眼镜和拐杖通过无线通信模块实现连接；所述语音及震动模块安装在眼镜上，并与中央控制器连接；所述中央控制器采用微型处理器；
所述中央控制器，用于调用所述超声波传感器采集物体与用户的距离数据；用于对测距单元的原始数据进行滤波优化并通过优化后的数据判断用户前方障碍物信息；还用于调用语音及震动模块向用户提示障碍物位置信息；
所述无线通讯模块采用蓝牙模块，所述蓝牙模块用于将拐杖上的原始数据发送给眼镜上的中央控制器；
所述语音及震动模块通过语音内容或震动频率向用户提示障碍物位置信息。
2.根据权利要求1所述的盲人眼镜及拐杖避障提示***，其特征在于，所述超声波测距单元包括若干用于获取障碍物距离数据的超声波传感器；每两个所述超声波传感器为一组，每组超声波位于同一水平面；所述眼镜上设置一组超声波传感器，其检测方向为正前方且超声波传感器之间的距离为10cm。
3.根据权利要求1所述的盲人眼镜及拐杖避障提示***，其特征在于，所述拐杖上固定多组超声波传感器，各组超声波传感器分布在拐杖上；不同组之间的超声波传感器的检测范围不重叠，同组的两个超声波传感器检测方向之间的夹角为7度。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述的盲人眼镜及拐杖避障提示***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：眼镜及拐杖上的中央控制器进入工作模式，向超声波测距单元发送测距指令；
步骤S2：拐杖上的超声波测距单元获得原始数据后，通过蓝牙模块将原始数据发送给位于眼镜上的中央控制器，中央控制器获得从拐杖接收到以及从位于眼镜上的测距单元原始数据后，对数据进行卡尔曼滤波并获得优化后的数据；
步骤S3：将各个模块对应的距离数据与阀值进行对比，判断相应区域内是否存在障碍物以及障碍物的距离；
步骤S4：获得障碍物信息后，使用语音及震动模块向用户提示障碍物信息，在语音模式下，语音提示障碍物的距离和位置，在震动模式下，通过震动频率提示用户与障碍物的距离，震动频率与距离成反比。
5.根据权利要求4所述的盲人眼镜及拐杖避障提示***的控制方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：位于眼镜上的中央控制器获得优化数据后，比较各组超声波模块的数据并判断是否存在障碍物，若存在障碍物则继续判断物***置并判断是否需要提醒用户，其判断情况包括：
若障碍物距离小于1.5m，则判断障碍物会影响用户前进，提醒用户前方存在障碍物；
若障碍物距离在1.5m至2.5m之间，则对比上一次检测数据，若上一次检测数据小于当前数据，则判断物体正在远离，若上一次检测数据大于2.5m，则判断该物体只是临时性进入视野，当发生以上两种情况时不会影响用户前进，不向用户提醒该信息；
若上一次检测距离大于当前距离且小于2.5m，则判断该物体正在接近，并且可能影响用户前行，提醒用户前方有障碍物。
6.根据权利要求4所述的盲人眼镜及拐杖避障提示***的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：眼镜和拐杖上的中央控制器以轮询方式采集超声波模块数据，每个超声波传感器彼此间的数据采集间隔设为60ms以上；测距开始时，由眼镜向拐杖发送测距请求，拐杖接收请求后，采用轮询方式采集拐杖上超声波模块的数据，并将采集到的数据通过通讯单元发送给眼镜，眼镜接受到数据后，以轮询方式采集眼镜上超声波模块的测距数据，并将数据传输给数据处理单元。
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