一种多功能盲人拐杖的制作方法

本发明涉及拐杖设备领域，特别涉及一种多功能盲人拐杖。

背景技术：

近年来，随着单片机技术的不断进步，基于单片机设计的电子产品逐渐进入生活，并已经成为生活中重要的组成部分。导盲杖也是众多产品中的一种，它是单片机技术和传感器技术相结合的产物，导盲杖的应用帮助盲人及时地避开障碍物，保障盲人出行的安全。但是传统的导盲杖存在功能单一、信息交互性差和便携性差等问题，已经很难满足盲人的日常使用需要。因此，针对盲人群体的实际需求，开展成本低廉、功能完善、易于使用的导盲杖研究迫在眉睫。

本发明的方案便是针对上述问题对现有盲人拐杖进行的改进。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种多功能盲人拐杖，实现了时间显示功能、定位功能、测距功能、语音提醒功能，并能将救助信息和自身的位置信息发送至监护人的手机上，实现了对盲人独立行走过程的科学管理，协助盲人群体独立的参加社会活动，激发他们对生活的信心，使得他们能够以更好精神状态面对未来的生活。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种多功能盲人拐杖，包括单片机、测距模块、gps定位模块、时钟模块、按键模块、gsm通信模块、显示模块、提示模块、语音报警模块和电源模块，其中：

所述测距模块与所述单片机的输入端电性连接，用于测量盲人和障碍物之间的距离并将距离信息发送至所述单片机；

所述gps定位模块与所述单片机的输入端电性连接，用于获取盲人所处位置的经度和纬度坐标并将经纬度坐标信息发送至所述单片机；

所述时钟模块与所述单片机的输入端电性连接，用于获取当前的时间和日期并将时间日期信息发送至所述单片机；

所述按键模块与所述单片机的输入端电性连接，用于调整当前时间并同时实现对短信呼叫报警和语音播放申请的响应；

所述gsm通信模块与所述单片机的输出端电性连接，用于将短信呼叫报警的求助信息发送到监护人手机上；

所述显示模块与所述单片机的输出端电性连接，用于显示所述单片机中时间日期信息和盲人所处位置的经纬度坐标信息；

所述提示模块与所述单片机的输出端电性连接，用于在所述按键模块按下时输出提示音；

所述语音报警模块与所述单片机的输出端电性连接，用于播放距离信息和时间日期信息；

所述电源模块使用5v电池供电，且与所述单片机、按键模块、测距模块、时钟模块、gps定位模块、显示模块、gsm通信模块、语音报警模块和提示模块电性连接，用于为上述各模块提供工作电源。

进一步的，所述单片机由stc89c53芯片、晶振电路和复位电路组成，其中：

所述晶振电路由11.0592m晶振j1、22pf的电容c2和c3构成，晶振j1两端并联在所述stc89c53芯片的xtal1脚上和xtal2脚上，同时，所述stc89c53芯片的xtal1脚和xtal2脚对地分别接电容c3和c2；

所述复位电路由电容10uf电容c1、10k下拉电阻r1、stc89c53芯片的rst脚和按键k5构成，所述stc89c53芯片的rst脚连接在电容c1的负极和电阻r1的一端，电容c1的正极接5v电压，电阻r1的另一端接地，按键k5并联在所述stc89c53芯片的rst脚和5v电压的两端。

进一步的，所述测距模块采用hc-sr04超声波测距模块，其中：

vcc脚连接到5v电压上；

gnd脚连接到供电负极上；

trig脚与所述stc89c53芯片的p1.4脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的测距控制信号；

ehco脚与所述stc89c53芯片的p1.5脚相连，用于返回回波信号至所述stc89c53芯片。

进一步的，所述gps定位模块采用vkel-vk1513u6m3模块，其中：

1脚rxd为数据接收脚；

2脚txd为数据发送脚，与所述stc89c53芯片的p3.0脚相连，用于上传定位信息至所述stc89c53芯片；

3脚en为使能信号脚，与所述stc89c53芯片的p2.1脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的使能命令，该脚输入高电平时，进行gps定位；

4脚gnd为供电负极输入脚；

5脚vcc为电源输入脚，与5v电源相连。

进一步的，所述显示模块选择lcd1602液晶，其中：

rs脚和所述stc89c53芯片的p2.5脚连接；

r/w脚和所述stc89c53芯片的p2.6脚连接；

e脚和所述stc89c53芯片的p2.7脚连接，用于通过所述stc89c53芯片实现对液晶的使能进行控制；

vss脚和blk脚接地；

bla脚和vcc脚接5v电压；

v0脚接地；

所述stc89c53芯片的p0口分别和排阻rp1的2脚～9脚相连，排阻的公共端1脚接在5v电压，p0口和液晶的dbo～db7脚分别相连。

进一步的，所述gsm通信模块选择sim800a短信收发模块，其中：

1脚rxd为数据接收脚，与所述stc89c53芯片的p3.1脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的控制命令和定位数据信息；

2脚txd为数据发送脚；

3、6脚为空闲引脚；

4脚gnd为供电负极输入脚；

5脚vcc为电源输入脚，与5v电源相连。

进一步的，所述提示模块选择蜂鸣器，其中：

r5电阻的一端和所述stc89c53芯片的p2.0脚相连，r5电阻的另一端接在u7的基极上，u7的发射极接5v电压，集电极接u8蜂鸣器的正极，u8蜂鸣器的负极接地：

当p2.0脚输出低电平时，u7导通，u8的正极和5v电压相连，u8发出提示音；

当p2.0脚输出高电平时，u7截止，u8的正极和5v电压断开，蜂鸣器停止发音。

进一步的，所述按键模块采用4个独立按键k1、k2、k3和k4，其中：

k1按键按下进入时钟设置；

k2按键实现加1功能；

k3按键当k1按键按下时实现减1功能，k1按键没按下时实现语音播报功能；

k4按键实现发送短信功能；

四个按键分别接在所述stc89c53芯片的p3.2～p3.5脚上，当所述stc89c53芯片读取得到p3.2～p3.5脚中任意一脚有低电平出现时，对应的功能按键被触发。

进一步的，所述语音报警模块采用wt588d语音模块，其中：

wt588d的pin14脚存储器电源输入脚和pin16脚数字电源输入脚和5v的电压相连，pin8脚地线脚接地，pin10脚按键输入脚和所述stc89c53芯片的p2.3脚相连，pin1脚复位脚和所述stc89c53芯片的p2.4脚相连，pin3脚音频输出脚接扬声器正极，pin4脚音频输出脚接扬声器负极。

进一步的，所述时钟模块利用ds1302时钟芯片，其中：

ds1302的y2晶振32768mhz并联在ds1302的x1脚和x2脚上，同时在y2晶振的两端对地分别接一个22pf的滤波电容，ds1302的vcc2脚接5v电压，vcc1脚接在d1二极管的负极，d1二极管的正极接电源bat电池的正极，bat电池的负极接地，ds1302的sclk脚和所述stc89c53芯片的p1.1脚相连，i/o脚和所述stc89c53芯片的p1.2脚相连，i/0脚接10k电阻一端，10k电阻另一端接5v电源，ce脚和所述stc89c53芯片的p1.3脚相连，ds1302的4脚接地。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明一种多功能盲人拐杖选择stc89c53单片机、gsm通信模块、gps定位模块、ds1302时钟芯片、wt588d语音模块和lcd1602液晶等元件设计智能盲人拐杖，实现了测距功能、定位功能、时间显示功能、语音报读功能，并能设置当前时间。有效满足盲人群体单独出行使用的需要，实现了对盲人行走过程的科学管理，协助盲人群体独立的参加社会活动，激发他们对生活的信心，使得他们能够以更好精神状态面对未来的生活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种多功能盲人拐杖的整体框架示意图；

图2是本发明一种多功能盲人拐杖中的stc89c53芯片的引脚图；

图3是本发明一种多功能盲人拐杖中的stc89c53最小系统电路图；

图4是本发明一种多功能盲人拐杖中的测距模块电路图；

图5是本发明一种多功能盲人拐杖中的ds1302时钟电路图；

图6是本发明一种多功能盲人拐杖中的按键模块电路图；

图7是本发明一种多功能盲人拐杖中的提示模块电路图；

图8是本发明一种多功能盲人拐杖中的gps定位模块电路图；

图9是本发明一种多功能盲人拐杖中的gsm通信电路图；

图10是本发明一种多功能盲人拐杖中的语音报警模块电路图；

图11是本发明一种多功能盲人拐杖中的lcd1602显示电路图；

图12是本发明一种多功能盲人拐杖的整体电路原理图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种多功能盲人拐杖，包括单片机、测距模块、gps定位模块、时钟模块、按键模块、gsm通信模块、显示模块、提示模块、语音报警模块和电源模块，其中：

所述测距模块与所述单片机的输入端电性连接，用于测量盲人和障碍物之间的距离并将距离信息发送至所述单片机；

所述gps定位模块与所述单片机的输入端电性连接，用于获取盲人所处位置的经度和纬度坐标并将经纬度坐标信息发送至所述单片机；

所述时钟模块与所述单片机的输入端电性连接，用于获取当前的时间和日期并将时间日期信息发送至所述单片机；

所述按键模块与所述单片机的输入端电性连接，用于调整当前时间并同时实现对短信呼叫报警和语音播放申请的响应；

所述gsm通信模块与所述单片机的输出端电性连接，用于将短信呼叫报警的求助信息发送到监护人手机上；

所述显示模块与所述单片机的输出端电性连接，用于显示所述单片机中时间日期信息和盲人所处位置的经纬度坐标信息；

所述提示模块与所述单片机的输出端电性连接，用于在所述按键模块按下时输出提示音；

所述语音报警模块与所述单片机的输出端电性连接，用于播放距离信息和时间日期信息；

所述电源模块使用5v电池供电，且与所述单片机、按键模块、测距模块、时钟模块、gps定位模块、显示模块、gsm通信模块、语音报警模块和提示模块电性连接，用于为上述各模块提供工作电源。

进一步的，如图2、3和12所示，所述单片机由stc89c53芯片、晶振电路和复位电路组成，图2为stc89c53芯片的引脚图，图3为stc89c53最小系统电路，其中：

所述晶振电路由11.0592m晶振j1、22pf的电容c2和c3构成，晶振j1两端并联在所述stc89c53芯片的xtal1脚上和xtal2脚上，同时，所述stc89c53芯片的xtal2脚(pin18脚)和xtal1脚(pin19脚)对地分别接电容c2和c3；晶振电路工作时，j1晶振工作产生正弦波振荡波，该波形输入到stc89c53芯片的pin18和pin19脚后，经过stc89c53芯片内部电路处理后，输出单片机软件和内部各模块的工作的时钟信号。

所述复位电路由电容10uf电容c1、10k下拉电阻r1、stc89c53芯片的rst脚(pin9脚)和按键k5构成，所述stc89c53芯片的rst脚连接在电容c1的负极和电阻r1的一端，电容c1的正极接5v电压，电阻r1的另一端接地，按键k5并联在所述stc89c53芯片的rst脚和5v电压的两端。复位电路工作时，当k5键按下或电容c1的两端电压小于2.7v时，pin9脚有高电平的控制信号输入，stc89c53芯片进入复位状态。当pin9脚输入信号变为低电平时，stc89c53芯片退出复位状态，表示本次复位执行完成。

进一步的，所述测距模块用于接收stc89c53芯片下发的命令开始工作，将测量的结果以数字信号的形式输入到stc89c53芯片，芯片根据发送命令和接收到模块返回命令的时间差，得到测量距离。本实施例中，所述测距模块采用hc-sr04超声波测距模块，模块的有效距离测量范围为2cm～350cm，测量精度在误差为±2cm。hc-sr04超声波测距模块工作电压在5v，工作电路小于10ma。模块有4个引脚，模块的1脚(vcc)和4脚(gnd)为供电输入脚，2脚(trig)为控制信号输入脚，3脚(ehco)脚为回波信号输出脚。测距电路中，vcc脚连接到5v电压上；gnd脚连接到供电负极上；trig脚与所述stc89c53芯片的p1.4脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的测距控制信号；ehco脚与所述stc89c53芯片的p1.5脚相连，用于返回回波信号至所述stc89c53芯片，测距电路见图4所示。

进一步的，所述时钟模块用于接收stc89c53芯片下发的命令开始工作，将当前的时间结果以数字信号的形式输入到stc89c53芯片，芯片根据接收的数据确定出实时时间日期。本实施例中，所述时钟模块利用ds1302时钟芯片，其中：ds1302的y2晶振32768mhz并联在ds1302的x1脚和x2脚上，同时在y2晶振的两端对地分别接一个22pf的滤波电容，ds1302的vcc2脚接5v电压，vcc1脚接在d1二极管的负极，d1二极管的正极接电源bat电池的正极，bat电池的负极接地，ds1302的sclk脚和所述stc89c53芯片的p1.1脚相连，i/0脚和所述stc89c53芯片的p1.2脚相连，i/0脚接10k电阻一端，10k电阻另一端接5v电源，ce脚和所述stc89c53芯片的p1.3脚相连，ds1302的4脚接地。ds1302时钟电路见图5所示。

进一步的，所述按键模块用于将使用者输入的命令转换成数字信号输入到stc89c53芯片，芯片通过对输入信号的识别即可确定出使用输入的操作命令。本实施例中，所述按键模块采用4个独立按键k1、k2、k3和k4，其中：k1按键按下进入时钟设置；k2按键实现加1功能；k3按键当k1按键按下时实现减1功能，k1按键没按下时实现语音播报功能；k4按键实现发送短信功能；四个按键分别接在所述stc89c53芯片的p3.2～p3.5脚上，当所述stc89c53芯片读取得到p3.2～p3.5脚中任意一脚有低电平出现时，对应的功能按键被触发。按键电路见图6所示。

进一步的，所述提示模块用于接收stc89c53芯片的输入命令，当按键按下时蜂鸣器输出提示音。本实施例中，所述提示模块选择蜂鸣器，其中：r5电阻的一端和所述stc89c53芯片的p2.0脚相连，r5电阻的另一端接在u7的基极上，u7的发射极接5v电压，集电极接u8蜂鸣器的正极，u8蜂鸣器的负极接地。提示电路见图7所示，当p2.0脚输出低电平时，u7导通，u8的正极和5v电压相连，u8发出提示音；当p2.0脚输出高电平时，u7截止，u8的正极和5v电压断开，蜂鸣器停止发音。

进一步的，所述gps定位模块用于向stc89c53芯片提供设备当前所处的位置坐标信息，stc89c53芯片通过串口实现与定位模块之间的通信，对通过模块发送进行接收和解码，从而得到设备所处位置的经度和纬度信息。本实施例中，所述gps定位模块采用vkel-vk1513u6m3模块，如图8所示，1脚rxd为数据接收脚；2脚txd为数据发送脚，与所述stc89c53芯片的p3.0脚相连，用于上传定位信息至所述stc89c53芯片；3脚en为使能信号脚，与所述stc89c53芯片的p2.1脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的使能命令，该脚输入高电平时，进行gps定位；4脚gnd为供电负极输入脚；5脚vcc为电源输入脚，与5v电源相连。定位电路工作时，软件控制p2.1脚输出高电平控制信号，使能模块工作。然后通过p3.0脚接收模块上发的定位信息，经过软件处理后得到拐杖所处位置的经度和纬度信息。

进一步的，所述gsm通信模块通过接收stc89c53芯片的p3.1输入的数据，得到拐杖所在的位置信息和下发的控制命令，在将定位信息转发到监护人的手机上。本实施例中，所述gsm通信模块选择sim800a短信收发模块，gsm通信电路中，sim800a短信收发模块的rxd脚与所述stc89c53芯片的p3.1脚相连，用于接收所述stc89c53芯片发送的控制命令和定位数据信息。sim800a短信收发模块的vcc脚和5v电源相连，gnd脚地。gsm通信电路见图9。

进一步的，所述语音报警模块用于接收单片机输入的控制命令，对内存中存储的语音段进行调度，从而播放出当前的时间和使用者距离障碍物之间的距离。本实施例中，所述语音报警模块采用wt588d语音模块，语音报警模块电路如图10所示，wt588d的pin14脚存储器电源输入脚和pin16脚数字电源输入脚和5v的电压相连，pin8脚地线脚接地，pin10脚按键输入脚和所述stc89c53芯片的p2.3脚相连，pin1脚复位脚和所述stc89c53芯片的p2.4脚相连，pin3脚音频输出脚接扬声器正极，pin4脚音频输出脚接扬声器负极。当需要输出语音信息时，软件中控制p2.4脚输出高电平，禁止语音芯片复位。然后控制p2.3脚输入语音端存储位置。wt588d根据p2.3脚输入的内容即可输出对应的语音文本。

进一步的，所述显示模块根据stc89c53芯片输入的命令，完成时间信息和定位信息的显示输出。本实施例中，所述显示模块选择lcd1602液晶，lcd1602显示电路如图11所示，其中，主处理芯片的p0口分别和排阻rp1的2脚～9脚相连，排阻的公共端1脚接在5v电压。p0口和液晶的db0～db7脚分别相连。液晶的rs脚和所述stc89c53芯片的p2.5脚连接；r/w脚和所述stc89c53芯片的p2.6脚连接；e脚和所述stc89c53芯片的p2.7脚连接，用于通过所述stc89c53芯片实现对液晶的使能进行控制；vss脚和blk脚接地；bla脚和vcc脚接5v电压；v0脚接地；所述stc89c53芯片的p0口分别和排阻rp1的2脚～9脚相连，排阻的公共端1脚接在5v电压。p0口和液晶的dbo～db7脚分别相连。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。