一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置制造方法及图纸

一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，包括头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置，各检测装置间通过无线传感器网络进行数据通信。本实用新型专利技术克服现有技术存在的技术缺陷和不足，提出一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，能够解放行走过程中视障人员的双手，能够全方位的探测视障人员身体周围的障碍，并且通过振动正确反馈障碍物位置及高度，各个穿戴装置间使用无线传感器网络通信，解决独立判断障碍物位置反馈不统一的问题，以及总线式控制的穿戴不便问题，从而保障盲人行走的安全。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及视障人员行走辅助装置，为ー种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置。
技术介绍
为了解决视障人员行走不便，尤其是避开道路上障碍物的问题，目前被广泛采用的辅助系统是导盲杖和极少数的穿戴式导盲辅助系统。导盲杖可分为传统导盲杖和电子导盲杖两种。传统导盲杖结构简单，仅仅是普通的木棒或其他材质的棒，其主要功能就是通过盲人不断的敲击地面探明前方O. 5m距离内的固定障碍。电子导盲杖通过加入超声波探头、红外探头或者摄像头对前方固定和运动物 体进行探測，当发现障碍时向盲人使用者发出危险警报引起注意，引导其避开障碍物，通过使用电子探測手段，扩大了导盲杖的可探測区域。穿戴式导盲辅助系统多以眼镜上配置的超声波探測装置的为主，避障效果较差。由于导盲杖的高度有限，对于悬空的半高障碍物不易被探測；此外通常的导盲辅助系统都是采用警报音或者语音进行提示，在嘈杂的环境中，这种报警通常会受到较大影响，同时极少数有听カ障碍的视障人员，则不能使用语音警示；使用导盲棒时，需要占用一只手，这样在视障人员需要双手操作时，就会有些不便；某些穿戴式导盲辅助系统，各个穿戴装置都是独自判断，比如遇到一个较高的障碍物时，障碍高度内的身体穿戴点都会进行报警。某些集中式有线连接又对装置的穿戴性带来不便。
技术实现思路
本技术要解决的问题是现有的导盲装置避障效果不能满足需求，使用不方便，容易受到使用环境的影响。本技术的技术方案为一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，包括头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置，头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置中均设有振动反馈単元、电源管理単元、ZigBee MCU控制单元以及红外测距单元，ZigBeeMCU控制单元分别发送控制信号至红外测距单元和振动反馈単元，红外测距单元反馈信号至ZigBee MCU控制单元；各检测装置的ZigBee MCU控制单元通过ZigBee无线连接构成无线传感器网络；头部检测装置针对穿戴者前后左右四个方向设置红外测距单元；腰部检测装置针对穿戴者左斜前、正前、右斜前、左斜后、正后和右斜后六个方向设置红外测距单元；腿部检测装置包括2个大腿避障子装置和2个小腿避障子装置，所述腿部检测装置针对穿戴者前方、后方和腿外侧三个方向设置红外测距单元。所述腰部检测装置还设有步频检测单元。腰部检测装置为网络网关，头部和腿部检测装置均为网络节点。本技术克服现有技术存在的技术缺陷和不足，提出ー种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，能够解放行走过程中视障人员的双手，能够全方位的探测视障人员身体周围的障碍，并且通过振动正确反馈障碍物位置及高度，各个穿戴装置间使用无线传感器网络通信，解决独立判断障碍物位置反馈不统一的问题，以及总线式控制的穿戴不便问题，从而保障盲人行走的安全。本技术具有以下有益效果一、可以测量不同高度的障碍物，为视障人员的行走带来方便；ニ、穿戴容易，释放双手，没有繁杂的连线；三、振动式触觉反馈，避免了嘈杂的周围环境对语音警告的影响；四、性价比高，简单实用。现有的佩戴式导盲装置或者只有単一的ー个部位的检测，或者各检测装置均为独立判断，独立判断只能对单个传感器所覆盖的空间内的障碍物进行检测，需要具有较大的覆盖性的传感器，性价比低，通过多点检测装置的联合判断可以很好的覆盖穿戴者周围环境，更全面的为穿戴着提供环境信息，本技术采用的无线通信解决了多节点之间的信息联合问题，避免有线方式的穿戴复杂问题，并且无线传感器网络还具有低功耗的优势。附图说明图I是本技术的系统框图。图2是本技术的头部检测装置硬件框图。图3是本技术的腿部检测装置硬件框图。图4是本技术的腰部检测装置硬件框图。图5是本技术的系统程序流程图。图6是本技术的穿戴示意图。图7是本技术的障碍物检测示意图。图8是本技术的行走过程中小腿部红外测距方向变化示意图。图9是本技术的地面凹坑检测示意图。具体实施方式本技术是面向视障人员的行走辅助系统，包括头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置三个部分，三部分通过无线传感器网络进行数据通信。其中腰部检测装置为网络网关，头部和腿部检测装置均为网络节点。头部检测装置主要是针对前后左右四个方向的障碍物和接近的人或物体进行检测；腰部检测装置对左斜前、正前、右斜前、左斜后、正后和右斜后六个方向进行检测；腿部检测装置分为2个大腿避障子装置和2个小腿避障子装置，并且每个装置都可以进行前方、后方和腿外侧三个方向的障碍物检测，这样整个系统可以对人体周围进行全方位的检测，检测通过测距类传感器完成。头部和腿部检测装置主要由振动反馈単元、电源管理単元、ZigBee MCU控制单元以及红外测距单元四个部分构成；其特征是=ZigBee MCU控制单元控制红外测距单元发射红外信号，并接收被障碍物反射回来的红外信号，分析红外测距传感器方向范围内是否存在障碍物，若存在障碍物，控制单元通过振动反馈单元传递视障人员警示信号。通过采用ZigBee技术，分布式控制各个检测装置，不需要总线通信，同时每个检测装置有各自独立的电源管理単元，采用常见的可重复使用的锂电池作为供电方式，不需要繁杂的电源线；各个检测装置通过绑带绑在人身体的各个部位。腰部检测装置除了具有以上四个部分，还包括一个步频检测单元，步频检测单元主要是由三轴加速度传感器组成，用于检测视障人员步行过程中的行走速度，根据步频和距离障碍物距离，当前方有障碍物，检测装置的反馈单元会根据视障使用者的步频来决定振动电机的振动频率，即速度愈快距离愈短，振动电机振动频率愈高。以下结合附图和实施例，对本技术作进ー步详细说明。如图I所示，根据本技术的一个实施例的可穿戴式的导盲装置包括头部检测装置101、腰部装置106、大腿部装置102、105和小腿部装置103、104。各个装置分别都是通过绑带穿戴在人的身上。其中腰部检测装置106作为无线传感器网络的网关，其他的检测装置为网络节点，通过自组织方式组成网络。头部检测装置101对穿戴人员的前后左右四个方向都有障碍物检测单元。腰部检测装置106不仅在腰前方三个方向上有障碍物检测単元，在腰后方三个方向上也有障碍物检测单元，大腿部装置102、105和小腿部装置103、104均是对前、后和侧向安装有障碍物检测单元。这样就可以在人体周围建立起一个以红外传感器的有效测量距离的立体检测圈。可以对视障人员周围的障碍物以及对接近视障人员给出有人或物接近的警示信息。 如图2所示，为导盲装置系统中的头部检测装置的硬件框图，系统主要包括绑带201和四个障碍物检测单元202、203、204、205。其中三个障碍物检测单元202、204、205主要由振动电机210、213、211和红外传感器206、208、209组成。障碍物检测单元203作为头部检测装置的通信単元，不仅具有无线通信功能，同时具有障碍物检测功能。主要包括电源管理207、ZigBee MCU 212、红外传感器214以及振动电机215。障碍物检测单元203的电源管理207整个头部检测装置的供电管理，同时ZigBee MCU控制整个头部装置检测控制、数据通信以及执行反馈警示。腿部检测装置主要分为左右大腿和左右小腿四个子装置，结构相同，检测装置硬件框图如图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，其特征是包括头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置，头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置中均设有振动反馈单元、电源管理单元、ZigBee？MCU控制单元以及红外测距单元，ZigBee？MCU控制单元分别发送控制信号至红外测距单元和振动反馈单元，红外测距单元反馈信号至ZigBee？MCU控制单元；各检测装置的ZigBee？MCU控制单元通过ZigBee无线连接构成无线传感器网络；头部检测装置针对穿戴者前后左右四个方向设置红外测距单元；腰部检测装置针对穿戴者左斜前、正前、右斜前、左斜后、正后和右斜后六个方向设置红外测距单元；腿部检测装置包括2个大腿避障子装置和2个小腿避障子装置，所述腿部检测装置针对穿戴者前方、后方和腿外侧三个方向设置红外测距单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置，其特征是包括头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置，头部检测装置、腰部检测装置和腿部检测装置中均设有振动反馈单元、电源管理单元、ZigBee MCU控制单元以及红外测距单元，ZigBee MCU控制单元分别发送控制信号至红外测距单元和振动反馈单元，红外测距单元反馈信号至ZigBee MCU控制单元；各检测装置的ZigBee MCU控制单元通过ZigBee无线连接构成无线传感器网络；头部检测装置针对穿戴者前后左右四个方向设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔贵方，吴涓，宋光明，孙洪涛，张军，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：