一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统技术方案

本发明专利技术公开了一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，包括避障模块、求助模块、远程GPS定位模块、GPRS通信模块、云端服务器数据库、核心模块和微信小程序单元；本发明专利技术系统通过将九轴加速度计陀螺仪传感器采集的姿态数据采用卡尔曼滤波算法进行姿态角度的计算，报警单元工作原理是将传感器采集的传感数据输入到分类器之中，然后根据常态分类与实时的九轴加速度计陀螺仪传感器数据进行对比分类，对姿态数据进行判断和分类，若分类不在常态分类之中，则判断为异常姿态则输出报警信号，并将报警信息传输至微信小程序单元进行弹出显示用于提醒监护人，能够从根本上解决盲人出行的安全以及家人对其的监护问题。

A blind intelligent walking stick system integrating machine learning and Internet of things technology

【技术实现步骤摘要】
一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统
本专利技术涉及医疗健康领域，尤其涉及一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统。
技术介绍
根据调查目前我国盲人数量约有824.8万人，低视力人群约有6727.4万人，视力残疾人数约7551.2万人，现在我国每年新增盲人人数约45万人，如果依照目前的增长趋势，到2020年我国的盲人总数会增加4倍。目前大部分盲人依然使用的是落后且不具通信功能的盲人手杖，由于盲人的生理限制，时常有盲人摔倒或者迷路走丢的情况发生，一旦发生摔倒之类的安全问题，很容易错过最佳的救助时间，而对盲人造成永久的身体损害。随着科学技术的日益发展，在日常生活中这种手杖显然不能保障盲人的出行安全，并且盲人的监护人更不能实时地知道盲人安全情况和地理位置情况，因此对于盲人物联网智能手杖的研发以及应用市场的潜力是巨大的，面对如今复杂的路面情况和交通情况，一款能够帮助盲人日常安全出行，并且能够实时监护盲人的身体姿态信息和定位功能的盲人智能手杖便会显得有极大的应用价值。因此，本专利技术提出一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，以解决现有技术中的不足之处。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，该盲人智能手杖系统通过避障模块探测盲人外出时的路况信息，能够利用震动电机和播放语音来提示盲人本人和其他路人，通过将九轴加速度计陀螺仪传感器采集的姿态数据采用卡尔曼滤波算法进行姿态角度的计算，同时以KNN和DTW算法为基础对姿态数据进行分类和判断，异常姿态输出报警信号，从根本上解决盲人出行的安全以及家人对其的监护问题，在盲人出现摔倒或者迷路的情况时可以第一时间进行远程求助，保障了盲人弱势群体日常生活安全。为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，包括避障模块、求助模块、远程GPS定位模块、GPRS通信模块、云端服务器数据库、核心模块和微信小程序单元，所述避障模块包括红外线避障单元和超声波测距避障单元，用于对路况障碍物进行检测，并将检测结果实时用语音和震动电机的方式提醒盲人，所述求助模块用于外出时对附近人群进行语音求助以及用于附近无人时进行远程短信求助和通话求助，所述远程GPS定位模块用于将手杖的定位信息和速度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述核心模块包括九轴加速度计陀螺仪传感器和温度传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器为MPU6050九轴加速度计陀螺仪传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器采用卡尔曼滤波算法对姿态角度信息进行计算,并且通过温度传感器记录实时温度信息，姿态角度与实时温度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述微信小程序单元为监护人的监护操作终端。进一步改进在于：所述红外线避障单元包括红外线避障传感探头，所述红外线避障传感探头设置在手杖前端并可以左右摆动，所述红外线避障传感探头用于探测狭窄过道以及台阶，当在较近距离遇到了障碍的时候通过震动电机以及语音的方式提示盲人当前路况并避开障碍物。进一步改进在于：所述超声波测距避障单元包括超声波测距传感器，所述超声波测距传感器位于红外线避障传感探头上方，所述超声波测距传感器用于探测较远距离处的障碍物，并且显示路障距离情况，当盲人与前方障碍物的距离小于超声波测距传感器的最大感应距离时，便会触发震动电机提醒以及进行语音提示前方障碍物的距离。进一步改进在于：所述求助模块包括语音求助模块单元和远程通信求助单元，所述语音求助模块单元通过播放设定好的求助语音文件向附近人群进行求助，所述远程通信求助单元通过程序模拟发送AT指令给GSM通信模块，再通过手机SIM卡发送短信给指定号进行远程短信求助和通话求助。进一步改进在于：所述云端服务器数据库内存储的手杖的定位信息和速度信息通过微信小程序单元被查询，且所述云端服务器数据库内存储的手杖的定位信息和速度信息能够通过地图软件被显示。进一步改进在于：所述云端服务器数据库存储的姿态角度与实时温度信息通过微信小程序单元发送请求查询信号后被显示在微信小程序单元内。进一步改进在于：所述微信小程序单元为具有家庭成员登录、异地查询天气、地理位置查询、姿态角度查询、异常姿态报警和安全小资讯弹出的微信小程序单元。进一步改进在于：所述核心模块还包括报警单元，所述报警单元采集大量九轴加速度计陀螺仪传感器数据后利用KNN和DTW算法训练分类器性能，然后设定常态分类，分别为站立、坐、行走、上楼和下楼，再输入实时的九轴加速度计陀螺仪传感器数据进行对比分类，对姿态数据进行判断和分类，若分类不在常态分类之中，则判断为异常姿态则输出报警信号，并将报警信息传输至微信小程序单元进行弹出显示用于提醒监护人。本专利技术的有益效果为：通过避障模块探测盲人外出时的路况信息，能够利用震动电机和播放语音来提示盲人本人和其他路人，通过求助模块可以利用GSM通信模块发送远程求助短信或者拨打求助电话；且能够通过远程GPS定位模块和GPRS通信模块将盲人手中的手杖进行实时定位，将定位数据发送至云端服务器数据库存储，通过对手杖的定位实现对盲人的定位监护，并且利用微信小程序单元作为监护人的监护操作终端能够有效保证盲人的外出安全，能够及时传递信息；通过将九轴加速度计陀螺仪传感器采集的姿态数据采用卡尔曼滤波算法进行姿态角度的计算，报警单元利用KNN和DTW算法训练分类器性能，然后根据常态分类与实时的九轴加速度计陀螺仪传感器数据进行对比分类，通过对姿态数据进行判断和分类，对异常产生报警信号，并将报警信息传输至微信小程序单元进行弹出显示用于提醒监护人，能够从根本上解决盲人出行的安全以及家人对其的监护问题，在盲人出现摔倒或者迷路的情况时可以第一时间进行远程求助，使盲人能在第一时间得到救助，保障了盲人弱势群体日常生活安全。附图说明图1为本专利技术系统结构框架示意图。图2为本专利技术红外线避障单元原理示意图。图3为本专利技术超声波测距避障单元原理示意图。图4为本专利技术超声波测距避障单元程序执行流程图。图5为本专利技术超声波测距避障单元滤波算法执行流程图。图6为本专利技术远程GPS定位模块和九轴加速度计陀螺仪传感器的监护通信原理示意图。图7为本专利技术KNN和DTW算法实现示意图。图8为本专利技术微信小程序单元工作原理执行流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据图1、2、3、4、5、6、7、8所示，本实施例提出一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，包括避障模块、求助模块、远程GPS定位模块、GPRS通信模块、云端服务器数据库、核心模块和微信小程序单元；所述避障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，其特征在于：包括避障模块、求助模块、远程GPS定位模块、GPRS通信模块、云端服务器数据库、核心模块和微信小程序单元，所述避障模块包括红外线避障单元和超声波测距避障单元，用于对路况障碍物进行检测，并将检测结果实时用语音和震动电机的方式提醒盲人，所述求助模块用于外出时对附近人群进行语音求助以及用于附近无人时进行远程短信求助和通话求助，所述远程GPS定位模块用于将手杖的定位信息和速度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述核心模块包括九轴加速度计陀螺仪传感器和温度传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器为MPU6050九轴加速度计陀螺仪传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器采用卡尔曼滤波算法对姿态角度信息进行计算,并且通过温度传感器记录实时温度信息，姿态角度与实时温度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述微信小程序单元为监护人的监护操作终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，其特征在于：包括避障模块、求助模块、远程GPS定位模块、GPRS通信模块、云端服务器数据库、核心模块和微信小程序单元，所述避障模块包括红外线避障单元和超声波测距避障单元，用于对路况障碍物进行检测，并将检测结果实时用语音和震动电机的方式提醒盲人，所述求助模块用于外出时对附近人群进行语音求助以及用于附近无人时进行远程短信求助和通话求助，所述远程GPS定位模块用于将手杖的定位信息和速度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述核心模块包括九轴加速度计陀螺仪传感器和温度传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器为MPU6050九轴加速度计陀螺仪传感器，所述九轴加速度计陀螺仪传感器采用卡尔曼滤波算法对姿态角度信息进行计算,并且通过温度传感器记录实时温度信息，姿态角度与实时温度信息通过GPRS通信模块发送至云端服务器数据库进行存储，所述微信小程序单元为监护人的监护操作终端。


2.根据权利要求1所述的一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，其特征在于：所述红外线避障单元包括红外线避障传感探头，所述红外线避障传感探头设置在手杖前端并可以左右摆动，所述红外线避障传感探头用于探测狭窄过道以及台阶，当在较近距离遇到了障碍的时候通过震动电机以及语音的方式提示盲人当前路况并避开障碍物。


3.根据权利要求2所述的一种融合机器学习与物联网技术的盲人智能手杖系统，其特征在于：所述超声波测距避障单元包括超声波测距传感器，所述超声波测距传感器位于红外线避障传感探头上方，所述超声波测距传感器用于探测较远距离处的障碍物，并且显示路障距离情况，当盲人与前方障碍物的距离小于超声波测距传感器的最大感应距离时，便会触发震动电机提醒以及进行语音提示前方障碍物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，夏伦腾，吴飞，辛逸男，刘志宽，刘欣阳，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42