CN208903133U - 一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车，包括导盲车体和由盲人手持的遥杆模块，所述导盲车体包括小车、控制模块、固定设置在所述小车顶部的4G远程监控摄像头、设置在所述小车底端的车轮、与所述控制模块的输入端相连的超声测距模块和定位模块、与所述控制模块的输出端相连接的小车驱动模块和语音模块、与所述控制模块通过无线通讯的GSM模块以及电源电路模块；其中，所述遥杆模块通过线束与所述小车上的所述控制模块相连接，所述超声测距模块为两个，分别装配在所述小车前部左右两侧，所述车轮为四个且分别由驱动电机驱动，所述驱动电机均由所述小车驱动模块控制。本导盲车具有全景视觉监测和语音交互的功能。

Description

一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车

技术领域

本实用新型涉及电气自动化机械技术领域，特别是涉及一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车。

背景技术

导盲犬可以为盲人引路，识别障碍，能够给盲人的生活质量带来很大的改善。但是，由于培训一只导盲犬需要大量的时间、人力、物力和财力，使得导盲犬很难在普通盲人群中普及。随着智能时代的带来，一系列的导盲设备出现，可以智能识别障碍物，但这些设备也只是与盲人使用者进行互动，与盲人的监护人之间不能进行关联。监护人不能实时的观看盲人所处环境，也不能实时监控盲人所处位置。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的导盲车与监护人之间缺少互动的问题，而提供一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车，其特征在于，包括小车、固定设置在所述小车顶部的4G远程监控摄像头、设置在所述小车底端的车轮、用于实现盲人与导盲车交互的遥杆模块、控制模块、与所述控制模块的输入端相连的超声测距模块和定位模块、与所述控制模块的输出端相连接的小车驱动模块和语音模块、与所述控制模块通过无线通讯的GSM模块以及电源电路模块；其中，所述超声测距模块为两个，分别装配在所述小车前部左右两侧，所述车轮为四个且分别由一驱动电机驱动，所述驱动电机均由所述小车驱动模块控制。

在上述技术方案中，所述控制模块是型号为STM32F103ZET6的单片机。

在上述技术方案中，所述语音模块为WEGASUN-M6语音模块，所述WEGASUN-M6语音模块的TXD引脚与所述单片机的引脚PA10相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的RXD与所述单片机的引脚PA9相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的MIC-P引脚和MIC-N引脚和连接扬声器。

在上述技术方案中，所述超声测距模块包括左超声波测距传感器和右超声波测距传感器。

在上述技术方案中，所述左超声波测距传感器和右超声波测距传感器均为HY-SRF05超声波测距传感器，所述左超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB6相连接，所述左超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB7相连接，所述右超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB8相连接，所述右超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB9相连接。

在上述技术方案中，所述电机驱动模块包括分别设置在第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述第一电机驱动模块驱动两个驱动电机，所述第二电机驱动模块驱动另外两个驱动电机，四个驱动电机分别控制四个车轮，所述驱动电机为直流空心杯电机。

在上述技术方案中，所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块均为L298N电机驱动模块，所述第一电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PB12、PB13、PB14和PB15四个引脚；所述第一电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR1-P和MOTOR1-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR2-P和MOTOR2-N端；

所述第二电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PA12、PA13、P A14和P A15四个引脚；所述第二电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR3-P和MOTOR3-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR4-P和MOTOR4-N端。

在上述技术方案中，所述GSM模块为SIM800C模块，所述SIM800C模块的RXD和TXD引脚分别连接到所述单片机的PB10和PB11引脚。

在上述技术方案中，所述定位模块为ATK-S1216F8-BD定位模块，所述ATK-S1216F8-BD定位模块的TXD和RXD引脚分别连接到STM32F103ZET6单片机的PA3和PA2引脚。

在上述技术方案中，所述电源电路模块包括锂离子可充电电池和可调稳压模块，所述可调稳压模块的第一引脚与所述锂离子可充电电池输出的12V电压端相连且该端通过极性电容C26与接地端连接，所述可调稳压模块的第五引脚、第三引脚和第六引脚接地，第四引脚通过电阻R22与接地端连接，并且所述第四引脚通过由电容C25和电阻R23组成的并联电路与5V供电电源端VCC连接，所述5V供电电源端VCC连接用于给所述单片机供电，所述可调稳压模块的第二引脚与肖特基二极管的阴极连接，所述肖特基二极管阳极接地，所述第二引脚通过电感与5V供电电源端VCC连接，5V供电电源端VCC通过极性电容C28与电容C27并联组成的电路接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的导盲车具有语音控制、语音人机交互、全景视觉监测和超声波自主避障等智能导盲功能。

2.***通过超声波模块进行测距，检测前方是否有障碍物。当有障碍物时，通过ARM单片机发送命令给语音模块，语音模块告知用户前方有障碍物，以便用户及时避开障碍。

3.图像采集模块和GPS模块可以通过无线模块实时全方位地向用户的家人和医生播报用户所在的位置和所处的环境，从而实现了全景视觉监测功能。

附图说明

图1所示为导盲车的结构示意图。

图2所示为控制***的连接框图。

图3所示为STM32F103ZET6单片机最小***原理图。

图4所示为PS2遥杆模块的接线原理图。

图5所示为WEGASUN-M6模块接线原理图。

图6所示为HY-SRF05超声波测距传感器接线原理图(其中a为左超声波测距传感器，b为右超声波测距传感器)。

图7所示为L298N电机驱动模块电路原理图(其中a为第一电机驱动模块，b为第二电机驱动模块)。

图8所示为GSM模块电路原理图。

图9所示为LM2596可调稳压模块电路原理图。

图10所示为GPS/北斗模块电路原理图。

图中：

1-小车，2-4G远程监控摄像头，3-车轮，4-超声测距模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车，包括导盲车体和由盲人手持的遥杆模块，所述导盲车体包括小车1、控制模块、固定设置在所述小车顶部的4G远程监控摄像头2、设置在所述小车底端的车轮3、与所述控制模块的输入端相连的超声测距模块4和定位模块、与所述控制模块的输出端相连接的小车驱动模块和语音模块、与所述控制模块通过无线通讯的GSM模块以及电源电路模块；其中，所述遥杆模块通过线束与所述控制模块相连接，所述超声测距模块为两个，分别装配在所述小车前部左右两侧，所述车轮为四个且分别由驱动电机驱动，所述驱动电机均由所述小车驱动模块控制。

遥杆模块工作方式：

遥杆模块由盲人手持，所述线束可保证人车不脱离，盲人通过所述遥杆模块可实现所述导盲车的前后左右行进，导盲车行进过程中车轮的转向由所述小车驱动模块实现。定位模块可实时的识别盲人所处位置，并将此位置信息通过GSM模块发送到盲人监护人的手机上。通过4G远程监控摄像头2监护人可实时观看盲人所述的环境，超声测距模块4可测量与障碍物之间的间距，并通过语音模块播报是否有障碍物。除此之外，语音模块识别盲人指令，从而实现语音控制导盲车的行进。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上对控制模块进行优化。

所述控制模块为STM32F103ZET6单片机，所述单片机是一种嵌入式的集成电路，此系列芯片内核为Cortex-M3，是一种低功耗、低成本、高性能的ARM微控制器。芯体尺寸为32位，速度72兆赫，程序存储器类型为FLASH，程序存储器容量256KB，RAM容量为48K。STM32F103ZET6单片机最小***原理图如图2所示。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，对与所述控制模块相连接的其他模块进行优化。

所述遥杆模块的型号为RB-02S021A的PS2遥杆模块，所述PS2遥杆模块所述PS2遥杆模块由盲人手持，所述PS2遥杆模块的B(按键)引脚通过电线连接所述单片机的PA4引脚，所述PS2遥杆模块的X(X轴方向信号)引脚通过电线连接所述单片机的PA5引脚，所述PS2遥杆模块的Y(Y轴方向信号)引脚通过电线连接所述单片机的PA6引脚。以上所述电线构成遥杆模块与控制模块相连接的线束。

盲人推动遥杆的前后左右四个方向控制导盲车的四个方向运动，盲人Z轴方向按下遥杆，导盲车停止。

所述语音模块为WEGASUN-M6语音模块，所述WEGASUN-M6语音模块的TXD引脚与所述单片机的引脚PA10相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的RXD与所述单片机的引脚PA9相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的MIC-P引脚和MIC-N引脚和连接扬声器。

WEGASUN-M6语音模块内部设置有语音识别引擎，可以在不连接网络的情况下进行离线式语音识别工作。WEGASUN-M6语音模块内的程序中可以录入语句段，与盲人进行语音交互。比如，车前行时，当盲人说“左转”，导盲车回答“好的左转”，同时车向左转向；同样的，导盲车还可以识别盲人的前进、右转、后退、暂停、等指令，并做出相应的动作。盲人喊“大管家”，导盲车回答“我在呢！”就开始启动，然后盲人发出指令，导盲车做出相应的回应。当盲人说“我们启程”，导盲车回答“好的主人我们启程”，当盲人说“我们聊聊天”，导盲车回答“好的我们聊天开始”，同时导盲车停止一切动作，并通过程序内录入的语句实现盲人与导盲车的交互。

作为优选方式，所述超声测距模块包括左超声波测距传感器和右超声波测距传感器，所述左超声波测距传感器和右超声波测距传感器均为HY-SRF05超声波测距传感器，所述左超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB6相连接，所述左超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB7相连接，所述右超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB8相连接，所述右超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB9相连接。

***选用HY-SRF05超声波测距传感器实现智能导盲车探测障碍物并辅助盲人用户及时有效地躲避障碍的核心功能，使用户安全且便利地出行。HY-SRF05超声波测距传感器接线原理图如图4所示。超声波传感器主要探测前方、左方和右方是否有障碍物，如果有障碍物通过语音播报前方、左方或者右方有障碍物。

作为优选方式，所述电机驱动模块包括分别设置在第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述第一电机驱动模块驱动两个驱动电机，所述第二电机驱动模块驱动另外两个驱动电机，四个驱动电机分别控制四个车轮，所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块均为L298N电机驱动模块；

所述第一电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PB12、PB13、PB14和PB15四个引脚；所述第一电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮(比如左侧前车轮)的驱动电机的MOTOR1-P和MOTOR1-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮(比如左侧后车轮)的驱动电机的MOTOR2-P和MOTOR2-N端；

所述第二电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PA12、PA13、P A14和P A15四个引脚；所述第二电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮(比如右侧前车轮)的驱动电机的MOTOR3-P和MOTOR3-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮(比如左侧前车轮)的驱动电机的MOTOR4-P和MOTOR4-N端。

***使用4个驱动电机(12V直流空心杯电机)分别控制4个车轮，由于STM32F103ZET6单片机输出的电流很小，不能直接驱动直流电机，需要外加驱动电路L298N。L298N的OUTA、OUTB两个引脚接电机的正负两端，OUTC和OUTD接另一个电机的正负两端。

作为优选方式，所述4G远程监控摄像头可采用安格华科技有限公司生产的4G高清远程监控摄像头，4G远程监控模块作为智能导盲车的全景视觉监测模块，其摄像头具备垂直90°和水平355°的超大视角，在摄像头配套的4G数字传送器中***一张日常4G手机卡就可以在只要是有手机信号的任意时间跟任意地点通过相应的手机软件VAA8实现远程监控功能。盲人用户的家人可以通过滑动手机屏幕来控制智能导盲车上的高清摄像头的拍摄角度，从而对盲人用户进行实时全方位的监控与保护。

作为优选方式，所述定位模块为ATK-S1216F8-BD定位模块，所述ATK-S1216F8-BD定位模块的TXD和RXD引脚分别连接到STM32F103ZET6单片机的PA3和PA2引脚。ATK-S1216F8-BD定位模块其为GPS/北斗双模定位模块，其体积小巧但却性能优异，此模块通过串口可进行参数的设置并保存到内部FLASH中。所述定位模块检测的定位信息一方面通过语音播报***告知盲人，另一方面根据通过GSM模块将定位信息发送到家人手机。

所述GSM模块为SIM800C模块，所述SIM800C模块的RXD和TXD引脚分别连接到所述单片机的PB10和PB11引脚。

作为优选方式，所述电源电路模块包括锂离子可充电电池和可调稳压模块，所述可调稳压模块的第一引脚(IN)与所述锂离子可充电电池输出的12V电压端相连且该端通过极性电容C26与接地端连接，所述可调稳压模块的第五引脚(ON/OFF)、第三引脚(GND)和第六引脚接地，第四引脚(FB)通过电阻R22与接地端连接，并且所述第四引脚通过由电容C25和电阻R23组成的并联电路与5V供电电源端VCC连接，所述可调稳压模块的第二引脚(OUT)与肖特基二极管的阴极连接，所述肖特基二极管阳极接地，所述第二引脚通过电感与5V供电电源端VCC连接，5V供电电源端VCC通过极性电容C28与电容C27并联组成的电路接地。这里的肖特基二极管反接，称作续流二极管。

所述可调稳压模块的型号为LM2596，所述LM2596可调稳压模块把电池输出的12V电压降到5V后给所述单片机与其他的一些元器件(GPS模块、GSM模块、超声波测距传感器模块和4G远程监控摄像头)供电，所述LM2596可调稳压模块采用150KHz内部振荡频率，不但功率小，而且效率更高。在短路保护和过热保护的基础上，输出端还带有二极管保护，即使出现反接也不会将模块烧坏。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于全景视觉和语音识别的嵌入式导盲车，其特征在于，包括导盲车体和由盲人手持的遥杆模块，所述导盲车体包括小车、控制模块、固定设置在所述小车顶部的4G远程监控摄像头、设置在所述小车底端的车轮、与所述控制模块的输入端相连的超声测距模块和定位模块、与所述控制模块的输出端相连接的小车驱动模块和语音模块、与所述控制模块通过无线通讯的GSM模块以及电源电路模块；其中，所述遥杆模块通过线束与所述小车上的所述控制模块相连接，所述超声测距模块为两个，分别装配在所述小车前部左右两侧，所述车轮为四个且分别由驱动电机驱动，所述驱动电机均由所述小车驱动模块控制。

2.如权利要求1所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述控制模块是型号为STM32F103ZET6的单片机。

3.如权利要求2所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述遥杆模块的型号为RB-02S021A的PS2遥杆模块，所述PS2遥杆模块由盲人手持，所述PS2遥杆模块的B引脚通过电线连接所述单片机的PA4引脚，所述PS2遥杆模块的X引脚通过电线连接所述单片机的PA5引脚，所述PS2遥杆模块的Y引脚通过电线连接所述单片机的PA6引脚。

4.如权利要求2所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述语音模块为WEGASUN-M6语音模块，所述WEGASUN-M6语音模块的TXD引脚与所述单片机的引脚PA10相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的RXD与所述单片机的引脚PA9相连接，所述WEGASUN-M6语音模块的MIC-P引脚和MIC-N引脚和连接扬声器。

5.如权利要求2所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述超声测距模块包括左超声波测距传感器和右超声波测距传感器。

6.如权利要求5所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述左超声波测距传感器和右超声波测距传感器均为HY-SRF05超声波测距传感器，所述左超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB6相连接，所述左超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB7相连接，所述右超声波测距传感器的TRIG引脚与所述单片机的引脚PB8相连接，所述右超声波测距传感器的ECHO引脚与所述单片机的引脚PB9相连接。

7.如权利要求5所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述电机驱动模块包括分别设置在第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述第一电机驱动模块驱动两个驱动电机，所述第二电机驱动模块驱动另外两个驱动电机，四个驱动电机分别控制四个车轮，所述驱动电机为直流空心杯电机。

8.如权利要求7所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块均为L298N电机驱动模块，所述第一电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PB12、PB13、PB14和PB15四个引脚；所述第一电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR1-P和MOTOR1-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR2-P和MOTOR2-N端；

所述第二电机驱动模块的INA、INB、INC和IND引脚分别连接所述单片机的PA12、PA13、PA14和PA15四个引脚；所述第二电机驱动模块的OUTA、OUTB两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR3-P和MOTOR3-N端，所述第一电机驱动模块的OUTC和OUTD分别连接两个引脚分别连接一车轮的驱动电机的MOTOR4-P和MOTOR4-N端。

9.如权利要求2所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述定位模块为ATK-S1216F8-BD定位模块，所述ATK-S1216F8-BD定位模块的TXD和RXD引脚分别连接到STM32F103ZET6单片机的PA3和PA2引脚，所述GSM模块为SIM800C模块，所述SIM800C模块的RXD和TXD引脚分别连接到所述单片机的PB10和PB11引脚。

10.如权利要求2所述的嵌入式导盲车，其特征在于，所述电源电路模块包括锂离子可充电电池和可调稳压模块，所述可调稳压模块的第一引脚与所述锂离子可充电电池输出的12V电压端相连且所述第一引脚通过极性电容C26与接地端连接，所述可调稳压模块的第五引脚、第三引脚和第六引脚接地，第四引脚通过电阻R22与接地端连接，并且所述第四引脚通过由电容C25和电阻R23组成的并联电路与5V供电电源端VCC连接，所述5V供电电源端VCC连接用于给所述单片机供电，所述可调稳压模块的第二引脚与肖特基二极管的阴极连接，所述肖特基二极管阳极接地，所述第二引脚通过电感与5V供电电源端VCC连接，5V供电电源端VCC通过极性电容C28与电容C27并联组成的电路接地。