新型智能導(dǎo)盲拐杖的設(shè)計(jì)

李少輝

（西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，西安 710065）

0 引言

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)：中國(guó)盲人數(shù)量在800萬(wàn)以上，而且還以每分鐘新增一例的數(shù)量增加，視障者人數(shù)高達(dá)1300萬(wàn)以上[1]。視力上的殘缺給它們的生活帶來(lái)了很大的不便，特別是出行時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到障礙物，導(dǎo)致他們受傷等不安全事件的發(fā)生。雖然越來(lái)越多的城市鋪設(shè)了盲道，這也在某一程度上為盲人提供了方便，但是實(shí)際中，許多盲道被車(chē)輛所占據(jù)，阻礙了盲人的交通權(quán)利[2]。同時(shí)也有相關(guān)機(jī)構(gòu)培訓(xùn)導(dǎo)盲犬為盲人服務(wù)，但每條導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練成本極高，申請(qǐng)者一般至少要等待3年，因此不能廣泛的應(yīng)用到實(shí)際生活中[3]。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一款新型的導(dǎo)盲拐杖，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波模塊，語(yǔ)音模塊、光照模塊、振動(dòng)模塊等組成，通過(guò)實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，使得避障功能更加智能化和自動(dòng)化，降低了盲人出行被障礙物絆倒的可能性，為盲人的生活提供了很大的便利。

1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

為了使盲人更好的躲避障礙物，本文設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體如圖1的智能導(dǎo)盲拐杖，系統(tǒng)以本文設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，外接語(yǔ)音模塊、超聲波模塊、光照模塊、振動(dòng)模塊等。通過(guò)各個(gè)模塊檢測(cè)外界是否存在障礙物，將采集的信號(hào)送給單片機(jī)，進(jìn)而單片機(jī)控制其他模塊進(jìn)行工作。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)成框圖

此拐杖應(yīng)用雙超聲波模塊，在拐杖的上部和底部各安裝一個(gè)超聲波模塊，這樣的設(shè)計(jì)能檢測(cè)到類(lèi)似臺(tái)階一類(lèi)的障礙物，使盲人出行更加便利。當(dāng)超聲波模塊檢測(cè)到前方4米以?xún)?nèi)的地方有障礙物時(shí)，則語(yǔ)音模塊提醒前方有障礙物,這樣的設(shè)計(jì)使盲人能準(zhǔn)確的對(duì)障礙物做出反應(yīng)。當(dāng)所處的環(huán)境比較嘈雜時(shí)，對(duì)語(yǔ)音提醒會(huì)產(chǎn)生影響，因此在拐杖上加了振動(dòng)模塊。語(yǔ)音提醒的同時(shí)拐杖也產(chǎn)生了振動(dòng)，在嘈雜的環(huán)境下不會(huì)影響拐杖的功能。在光線(xiàn)比較暗的情況下，由光照模塊發(fā)出光芒，提醒前方行人注意。本設(shè)計(jì)適合多種環(huán)境下使用，增強(qiáng)了拐杖的智能化、靈活性和實(shí)用性。

2 系統(tǒng)硬件組成和設(shè)計(jì)

為了使導(dǎo)盲拐杖達(dá)到為盲人提供便利的目標(biāo)，需要設(shè)計(jì)了以下模塊電路：電源模塊，超聲波模塊、光照模塊、振動(dòng)模塊和語(yǔ)音模塊。本系統(tǒng)的電源模塊采用9V電池經(jīng)過(guò)降壓模塊降壓成5V為系統(tǒng)供電。電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。并且電池的體積小，在手杖上使用也極為方便，因此此方案能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。超聲波模塊采用HC-SR04超聲波模塊，此模塊測(cè)試距離可以達(dá)到4m，而且測(cè)距精度高達(dá)3mm[4]。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路，工作時(shí)通過(guò)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)，當(dāng)信號(hào)遇到障礙物時(shí)信號(hào)返回，接收電路則接收返回信號(hào)。通過(guò)整個(gè)過(guò)程的時(shí)間和聲波的速度計(jì)算出測(cè)試的距離，從而達(dá)到測(cè)距的目的。系統(tǒng)的語(yǔ)音芯片采用WT588D語(yǔ)音傳感器，此傳感器操作簡(jiǎn)單，將語(yǔ)音信息下載到SPI-Flash上即可。軟件操作簡(jiǎn)單易懂撮合了語(yǔ)音組合技術(shù)，大大減少了語(yǔ)音編輯的時(shí)間，完全支持在線(xiàn)下載[5]。本系統(tǒng)采用BH1750FVI環(huán)境光強(qiáng)度傳感器集成電路作為在夜晚拐杖上的光照裝置。此傳感器可以探測(cè)較大范圍的光照變化，并且受到紅外線(xiàn)的影響小，符合本系統(tǒng)的要求。

整個(gè)系統(tǒng)利用超聲波模塊和光照模塊產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)輸入口傳給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析從引腳輸出相應(yīng)控制信號(hào)給語(yǔ)音模塊和振動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)的功能，從而達(dá)到避障的作用。整個(gè)硬件原理圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)

本智能盲人拐杖的系統(tǒng)軟件如圖3所示，首先系統(tǒng)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后判斷前方是否有障礙物，若判斷前方無(wú)障礙物，則回到初始化。若判斷前方有障礙物，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提醒，振動(dòng)模塊產(chǎn)生振動(dòng)。接著判斷實(shí)際光照是否小于50LUX，如果實(shí)際光照小于50LUX，則發(fā)光二極管發(fā)出光芒，可提醒前方此處有人在行走，注意避讓。若光照大于50LUX，則程序返回。

圖2 系統(tǒng)的硬件原理圖

圖3 程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能導(dǎo)盲拐杖能夠根據(jù)前方有無(wú)障礙物實(shí)現(xiàn)對(duì)盲人的提醒功能，也解決了盲人在實(shí)際中獨(dú)自行走的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)處理器，外加幾種相應(yīng)的傳感器，操作簡(jiǎn)單制造成本低，實(shí)用性強(qiáng)，而且在實(shí)際測(cè)試中達(dá)到了預(yù)期效果，解決了盲人在行走中避障的問(wèn)題，具有較廣的應(yīng)用價(jià)值。

[1]楊黎,余勝.紅外避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013(04)：35-36.

[2]葛笑寒,張倩.基于AT89C51單片機(jī)的智能節(jié)水控制[J].科技信息,2010（10）：139-140.

[3]袁佑新.可視汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007(Z2)：268-270．

[4]戴曰章.基于超聲波測(cè)距的汽車(chē)倒車(chē)報(bào)警器設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2006(3)：27-28．

[5]寧慧英.基于光電傳感器的智能小車(chē)尋跡控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳器,2012(01)：25-26.