專利名稱：基于無線自組網的盲人向導系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及幫助盲人走動的工具及信息傳輸和無線通信領域，具體是一種基于無線自組網的盲人向導系統。
背景技術：
盲人向導系統是一種幫助盲人走動的系統。已有人提出了一些盲人向導系統，如2003年10月22日公布的公告號為1450525的中國專利申請“遙控數字編碼音響助盲辨向器”，受助人操作無線電遙控發射器上的分組選擇和節拍開關，控制分布放置在受助人生活環境中和常用物品附近的信號接收器單獨或按任意組合循環發聲，從而實現幫助盲人辨向、定位和尋物的目的；又如2004年1月12日公告的公告號為1561938的中國專利申請“盲人紅外智能向導系統”，受助人手持紅外收音裝置接收紅外廣播裝置的紅外數據并轉換成語音的向導內容。但這些發明的使用都不太方便，受環境因素限制，需要開發一種更加方便實用的盲人向導系統。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于無線自組網的盲人向導系統，可設置于盲人公寓樓內，使公寓樓內的基礎服務設施能自動識別受助者并做出反應，方便盲人的生活。
為達到上述目的，本發明的構思是采用2.4GHz無線通信模塊和無線自組網路由協議，公寓樓內放置的節點可自發地組成一個無線局域網絡，受助者手持的終端機也可加入該網絡，并于這些節點進行通信。將某些節點與樓內的基礎服務設施，如電梯和門連接，可使它們自動感知受助者的到來并做出反應。通過系統內建的定位功能，受助者能夠知道此時他(她)本人的精確位置；同樣的，電梯等服務設施也能知道受助者的位置，從而在適當的時刻做出反應，避免誤操作。
當受助者手持終端機進入該網絡的覆蓋范圍(公寓樓)內時，終端機會收到信標幀，該數據包含關于該網絡的網絡號、網絡容量、同步信息以及時隙分配策略的信息。終端機可以根據信標幀與該網絡同步，并在適當的時間發出服務請求。與終端機相鄰的節點會發出確認幀，同意終端機加入網絡，并會發出路由表更新命令。之后，終端機就能與這些節點直接進行通信。由于每個節點(包括終端機)的通信范圍都是有限的(10-70米)，與通信范圍外的節點通信必須經過其它節點轉發，即多跳的方式。
一般情況下，在終端機通信范圍內的節點不止一個。通過計算與這些節點的通信延時可以精確算出與它們的距離，再利用定位算法可以得到終端機此時的相對位置，其精度可在幾米以內。
當終端機的通信范圍內存在如電梯等服務設施時，它們也會與終端機建立通信，獲得它們的當前狀態信息。通過定位算法，終端機會獲得關于它們的當前位置信息，并在適當的時間發出相關控制命令。比如當終端機知道自己與電梯的距離只有5米時，它會向電梯發出打開電梯門的請求，電梯會返回自己當前的狀態，并做出適當的反應。
當受助者在走道中走動時，他(她)會知道當前自己在哪一間房間門口，而不至于走錯房間。此外，受助者可以知道前面的樓梯臺階、斜坡等障礙物的信息，從而避開障礙物。
還可以在終端機上集成醫療監護功能，當受助者有身體不適時，按下求救功能鍵可以發出求救信號，該信號會被迅速傳至有關人員處，受助者會接受及時的救治。
本發明可被擴展至室外，在電線桿上、商店門口和公共事業服務部門門口安放節點可以極大方便盲人的日常生活，增強他(她)們獨立生活的能力。
根據上述的發明構思，本發明采用下述技術方案1、一種基于無線自組網的盲人向導系統，包括多個無線通信的節點，采用無線自組網絡路由協議，組成一個無線局域網絡，其特征在于所述的節點設置于受助人活動區的基礎服務設施處，受助人持有一個終端機加入該無線局域網絡，節點和終端機通過各自的無線收發單元建立無線通信鏈路，通過無線方式進行數據和信息的交換和傳輸。
2、上述的節點由無線收發單元、微處理器、語音編碼單元、電源和存儲單元組成；無線收發單元與微處理器的I/O口連接，由微處理器控制其工作，微處理器還連接語音編碼單元、存儲單元，電源為各電路單元提供工作電源；當無線收發單元接收到數據時，它首先會對數據作校驗和審核，然后會將數據通過I/O口傳送給微處理器，微處理器對數據作一系列的處理和分析，當微處理器有數據要發送時，它將數據傳送給無線收發單元，并將數據從天線發送出去。
3、上述的微處理器還連接一個外圍設備接口，外圍設備通過此外圍設備接口與節點連接，從而擴展系統功能，使其不僅僅是一個向導系統，更是一個智能服務系統。
4、上述的終端機為小型無線收發機，其正面有電源開關，報警開關和功能鍵，上端有天線，并用插頭連線連接一個耳機，耳機線路上有音量調節開關。
5、上述終端機的電路是由微處理器、無線收發單元、按鍵、語音解碼單元、電源、放大器、耳機和天線組成，無線收發單元與微處理器的I/O口連接，由微處理器控制其工作；微處理器還連接按鍵和語音解碼單元，語音解碼單元通過放大器連接耳機，電源為各電路單元提供工作電源。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點本發明采用無線自組網構成盲人向導系統，通過系統內建的功能，受助者能夠知道當時本人的精確位置，同時基礎服務設施也能“知道”受助者的位置，從而在適當的時刻做出盲人所需的服務反應，方便盲人的生活。盲人所持的終端機的通信范圍有限，一般為10~70米，但在無線自組網域內，能采用多跳的方式，與其通信范圍外的各節點轉發通信，這是已有的技術“助盲辨向器”和“盲人紅外向導系統”達不到的。本發明通過微處理器的計算，可精確算出終端機的相對位置，其精確度在幾米以內，便于控制基礎服務設施及時做出反應，引導或服務于盲人。本發明可安置于公寓樓內，構成一個局域網，也可擴展至室外，如電線桿、商店門口、公共事業服務部門門口安放節點，極大方便盲人日常生活。
圖1為無線自組網結構示意2為本系統的結構示意3為節點的原理4為終端機的外形示意5為終端機的原理圖
具體實施例方式本發明的一個優選實施例子結合附圖詳述如下如圖1所示，安放在公寓樓內的節點以無線方式構成一個局域網。每個節點的通信范圍都只有10米左右。因此要與在通信范圍外的節點通信必須通過其它中間節點轉發數據(其作用相當于一個路由器)。
由于本系統基于無線自組網，因此具有自修復能力。當網絡中的某個節點失效或損壞時，節點能自動找到新的路由路徑，重新建立連接。
每個節點都會監聽信道的狀況，當其聽到有終端機發出的請求時，會及時回應。一個終端機能同時與多個節點建立連接，同樣地，一個節點也可以同時與多個終端機建立連接。
如圖2所示，本發明包括安放在公寓樓內各處的節點1以及受助者手持的終端機2。節點1和終端機2通過各自的無線收發單元建立無線通信鏈路，通過無線方式進行數據和信息的交換和傳輸，一個終端機可以按時隙分配策略和多個節點通信，一個節點也可以按時隙分配策略和多個終端機通信。
當受助者走動時，他(她)手持的終端機會與在自己通信范圍內的節點建立連接。它可以接收到節點發送過來的距離信息，從而可以判斷自己的位置。它還可以接收到節點發送過來的服務設施信息，從而根據需要發出控制命令。
由于采用貼片封裝的集成電路芯片，每個節點的大小將只有120mm×100mm×25mm左右，可以被嵌入墻體內，天線也被內置于墻體內，外形簡潔美觀。
如圖3所示，節點1包括無線收發單元101、微處理器102、與其它外部設施的接口103、語音編碼單元104、電源105以及存儲單元106。無線收發單元101與微處理器102的I/O口連接，由微處理器102控制其工作。其它外部設施通過接口103與節點1相連，它可以采用RS232、RS485或I2C總線標準。當無線收發單元101接收到數據時，它首先會對數據作校驗和審核，然后會將數據通過I/O口傳送給微處理器102。微處理器會對數據作一系列的處理和分析。當微處理器有數據要發送時，它將數據傳送給收發單元101，并將數據從天線發送出去。
當節點與其它外圍設施連接時，外圍設施通過接口103與微處理器102相連，微處理器102可以從外圍設施讀取狀態值，也可以向外圍設施發送控制指令。通過對外圍設施的控制，可以擴展系統功能，使其不僅僅是一個向導系統，更是一個智能服務系統，能夠極大地方便盲人的生活。
語音編解碼單元104用于對模擬語音信號編碼，可以實時傳輸語音信號。語音編解碼單元104與微處理器102相連，由微處理器102控制其工作。
節點電源105使用2節5號電池。電源105與無線收發單元101、微處理器102和語音編碼單元104連接，為它們提供電源。由于在數據鏈路層采用了節能機制，可以保證電池長期不用更換。
存儲單元106用作微處理器102的外部數據存儲器。
如圖4所示，終端機2的正面上部的2個按鍵分別是電源開關鍵209和報警鍵210。下部的6個鍵是功能鍵211。電源開關鍵控制終端機的開啟和關閉。報警鍵用于受助者在緊急情況下求救使用。功能鍵用于對系統發出簡單的控制指令時使用。終端機外形小巧，只有普通手機大小，且面板上按鍵數目不多，便于盲人使用。
耳機207用于收聽語音信息，音量調節開關212可調節音量。
如圖5所示，終端機包括微處理器202、無線收發單元201、按鍵203、語音解碼單元204和電源205、放大器206、耳機207和天線208。無線收發單元201與微處理器202的I/O口連接，由微處理器202控制其工作，語音解碼單元204。無線收發單元201與微處理器202的I/O口連接，由微處理器202控制其工作。當無線收發單元201接收到數據時，它首先會對數據作校驗和審核，然后會將數據通過I/O口傳送給微處理器202。微處理器202會對數據作一系列的處理和分析。當微處理器202有數據要發送時，它將數據傳送給收發單元201，并將數據從天線203發送出去。本系統采用的天線發射功率僅0.5毫瓦，符合環保標準，對人體不會有任何不良影響。而傳輸信號采用直序列擴頻技術，具有一定的抗干擾性，可以保證通信質量。
通過按鍵203，可以發出控制命令，根據設施的不同，命令的含義會略有不同。
語音編解碼單元204用于對數字語音信號解碼，輸出信號經放大器206放大后送到耳機207。語音編解碼單元204和微處理器202連接，由微處理器202控制其工作。
終端機的電源205采用鋰電池，可反復充電多次使用。電源205與無線收發單元201、微處理器202和語音解碼單元204連接，為它們提供電源。
本系統使用的元器件都可以從市場上買到。微處理器采用的是飛利浦、Atmel或德州儀器的8位單片機。收發單元使用Chipcom的CC2420。語音編解碼單元可以使用美國國家半導體或德州儀器的語音編解碼芯片。每個節點的成本大致在120元左右，終端機的成本在150元左右。若大批量生產，成本可進一步降低。
權利要求
1.一種基于無線自組網的盲人向導系統，包括多個無線通信的節點(1)，采用無線自組網絡路由協議，組成一個無線局域網絡，其特征在于所述的節點(1)設置于受助人活動區的基礎服務設施處，受助人持有一個終端機(2)加入該無線局域網絡，節點(1)和終端機(2)通過各自的無線收發單元建立無線通信鏈路，通過無線方式進行數據和信息的交換和傳輸。
2.根據權利要求1所述的基于無線自組網的盲人向導系統，其特征在于所述的節點(1)由無線收發單元(101)、微處理器(102)、語音編碼單元(104)、電源(105)和存儲單元(106)組成；無線收發單元(101)與微處理器(102)的I/O口連接，由微處理器(102)控制其工作，微處理器(102)還連接語音編碼單元(104)、存儲單元(106)，電源(105)為各電路單元提供工作電源；當無線收發單元(101)接收到數據時，它首先會對數據作校驗和審核，然后會將數據通過I/O口傳送給微處理器(102)，微處理器(102)對數據作一系列的處理和分析，當微處理器(102)有數據要發送時，它將數據傳送給無線收發單元(101)，并將數據從天線發送出去。
3.根據權利要求2所述的基于無線自組網的盲人向導系統，其特征在于所述的微處理器(102)還連接一個外圍設備接口(103)，外圍設備通過此外圍設備接口(103)與節點(1)連接，從而擴展系統功能，使其不僅僅是一個向導系統，更是一個智能服務系統。
4.根據權利要求1所述的基于無線自組網的盲人向導系統，其特征在于所述的終端機(2)為小型無線收發機，其正面有電源開關(209)，報警開關(210)和功能鍵(211)，上端有天線(208)，并用插頭連線連接一個耳機(207)，耳機(207)線路上有音量調節開關(212)。
5.根據權利要求4所述的基于無線自組網的盲人向導系統，其特征在于所述終端機(2)的電路是由微處理器(202)、無線收發單元(201)、按鍵(203)、語音解碼單元(204)、電源(205)、放大器(206)、耳機(207)和天線(208)組成，無線收發單元(201)與微處理器(202)的I/O口連接，由微處理器(202)控制其工作；微處理器(202)還連接按鍵(203)和語音解碼單元(204)，語音解碼單元(204)通過放大器(206)連接耳機(207)，電源(205)為各電路單元提供工作電源。
全文摘要
本發明涉及一種基于無線自組網的盲人向導系統。它包括多個無線通信的節點，采用無線自組網絡路由協議，組成一個無線局域網絡，所述的節點設置于盲人活動區的基礎服務設施處，受助人持有一個終端機加入該無線局域網絡，節點和終端機通過各自的無線收發單元建立無線通信鏈路，通過無線方式進行數據和信息的交換和傳輸。本發明的節點可安置于盲人公寓樓內、或擴展安置于盲人活動區的電線桿、商店門口、公共事業部門門口，便于盲人生活。
文檔編號H04B1/69GK1794680SQ20051011193
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者施惠昌, 余馨豪 申請人:上海大學