[发明专利]基于相位变换加权广义互相关算法的自主寻人智能拐杖

说明书

本发明公开了基于相位变换加权广义互相关算法的自主寻人智能拐杖，包括以下步骤：当使用者发出声音指令后，装置在底盘周围六个拾音器形成的麦克风阵列对语音信号进行采集。采集到的声音信号送到声强检测电路和单片机以及其他外部电路，声强检测电路选出采集到的声音信号最强的3个拾音器，单片机利用GCC‑PHAT(相位变换加权广义互相关)时延差估计算法计算时延，并对使用者进行定位；然后根据定位，单片机自主控制拐杖运动至使用者处。

技术领域

本发明涉及一种智能拐杖的设计与应用，特别是涉及基于相位变换加权广义互相关算法的自主寻人智能拐杖。

背景技术

随着我国医疗水平的改善和生活质量的提高，中国的老龄化进程加快，从上个世纪末开始，中国就正式步入了老龄化社会。根据2010年第六次人口普查结果：65岁及以上人口约为1亿多，占8.87％，同比增长1.91％。

大量高龄老年人口的出现，意味着老年人因病腿脚不便和视力衰退的概率增高。拐杖的现实应用也面临着严峻的挑战：多数老人平时生活出行仅靠一根普通的拐杖，结构简单、功能较为单一；现有的智能拐杖虽然能够提供如定位报警求救、播放Mp3、照明、展开当椅子坐、设有药箱来提醒老人吃药等的功能，但多为附加功能的智能化，没有针对拐杖本身功能进行智能化的设计。

本设计的受益对象主要为独居老人：一方面，他们因行动不便，家中无他人照料，难以在需要时获得拐杖支撑；另一方面，又因视力的衰退和记忆力的减退存在着将拐杖丢落等问题。为了解决这些问题，这款基于相位变换加权广义互相关算法的智能拐杖应运而生。

智能拐杖前期需要进行训练，通过语音信号采集模块多次采集，自行录制一系列形象化声音指令，此后老人只需发出如“拐杖，你在哪！”、“拐杖，快过来！”、“停下！”的声音指令，拐杖进行内部一系列算法后，就能控制拐杖的运动和静止，实现自行回到老人身边后静止的功能。并且，在此过程中，拐杖能够给予老人一系列反馈如“我在这儿！”“我正在过来，请稍等！”。整个过程实现了语音信号的采集、语音信号的识别、基于相位变换加权广义互相关算法和红外线避障以及进行路径的合理规划，最终，自行运行到老人身边。同时，拐杖的设计具有三段可收放结构，能够自动适应老年人高度。

发明内容

本发明公开了基于相位变换加权广义互相关算法的自主寻人智能拐杖的设计与应用，目的是为解决关于独居老人，一方面他们因行动不便，家中无他人照料，有时难以在需要使用拐杖时获得拐杖，另一方面又因视力的衰退和记忆力的减退存在将拐杖丢落等问题。包括以下步骤：当使用者发出声音指令后，装置在底盘周围六个拾音器形成的麦克风阵列对语音信号进行采集。采集到的声音信号送到声强检测电路和单片机以及其他外部电路，声强监测电路选出采集到的声音信号最强的3个拾音器，单片机利用GCC-PHAT(相位变换加权广义互相关)时延差估计算法计算时延，并对使用者进行定位；然后根据定位，单片机自主控制拐杖运动至使用者处。

本发明包括手柄、收缩杆、底盘、轮子和自主寻人智能模块，所述手柄设置于收缩杆上方，收缩杆下方与底盘连接，轮子设置于底盘底部；所述底盘为圆形；

所述自主寻人智能模块包括麦克风阵列和设置于底盘内部的语音定位模块、声强检测电路、红外避障模块、单片机以及其他外部电路(通过编写程序，并烧进单片机，使得单片机可以控制各模块，外部电路起的是连接单片机和模块、部件的作用)、电机驱动模块、螺旋推杆电机和底轮舵机；

所述麦克风阵列分别与语音定位模块、单片机以及其他外部电路和声强检测电路相连，红外避障模块和单片机以及其他外部电路相连，单片机以及其他外部电路和电机驱动模块相连，电机驱动模块分别与螺旋推杆电机和底轮舵机相连，底轮舵机与轮子相连接；

所述麦克风阵列包括6个拾音器，该6个拾音器围绕圆形底盘设置，每60°安装一个拾音器，6个拾音器的中心为拐杖的中心原点；

所述麦克风阵列用于将声音信号传给语音定位模块进行处理；