陳輝 方良斌 謝孟寬 李兵 魏玉蘭

摘 要：基于STC89C52單片機(jī)為控制研發(fā)一種智能導(dǎo)盲拐杖。通過藍(lán)牙無(wú)線方式與前方紅綠燈連接，語(yǔ)音提示前方紅綠燈情況；通過超聲波檢測(cè)前方路障，遇障語(yǔ)音提示。盲人發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)對(duì)綁定手機(jī)電腦發(fā)送求救短信、GPS定位以及實(shí)時(shí)的視頻影像。實(shí)驗(yàn)證明，與前人研究相比，該系統(tǒng)能通過無(wú)線連接了解紅綠燈變化情況、發(fā)送實(shí)時(shí)情況，智能化程度更高。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙模塊；超聲波避障；視頻傳輸；短信發(fā)送；GPS定位

1 緒論

盲人作為當(dāng)今社會(huì)中的一類特殊群體需要社會(huì)各界的共同幫助和關(guān)愛。中國(guó)的盲人及視力障礙者的數(shù)量達(dá)到了千萬(wàn)之多，并且還在以每年45萬(wàn)的數(shù)量激增。每年發(fā)生的盲人過馬路死傷不在少數(shù)，而反觀現(xiàn)在的盲人輔助裝置市場(chǎng)，普通的裝置無(wú)法安全的幫助盲人過馬路，智能一些的造價(jià)又很高，一般家庭都難以承受[12]。由此我們?cè)O(shè)計(jì)一種高效低成本的裝置，幫助和方便他們過馬路，減少他們過馬路時(shí)的擔(dān)心以及降低他們單獨(dú)外出時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

主控芯片STC89C52單片機(jī)，8KB的flash，512KB的RAM，工作頻率HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E9%A2%91%E7%8E%87"＼t"https：//baike.baidu.com/item/STC89C52/_blank"范圍：0～40MHz，工作電壓：3.3V～5.5V[34]。當(dāng)盲人持拐杖走斑馬線時(shí)拐杖上的4個(gè)金屬傳感器能感應(yīng)到斑馬線下鋪設(shè)的鋁箔，若此時(shí)盲人走偏則感應(yīng)不到鋁箔一側(cè)的金屬傳感器發(fā)出信號(hào)控制偏出一側(cè)輪子轉(zhuǎn)速加快使兩輪間形成差速完成轉(zhuǎn)彎引導(dǎo)的功能。當(dāng)盲人發(fā)生意外致引導(dǎo)拐杖傾倒，倒地或脫手超過10s后，通過52單片機(jī)輸出高電平，位于拐杖底部的有源蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，連接在單片機(jī)引腳上的水銀開關(guān)內(nèi)的水銀傾斜接通電路向家屬發(fā)送求救短信以及當(dāng)前的GPS地址方便家屬尋找，提醒家屬可能出事，同時(shí)拐杖上的攝像頭會(huì)拍下實(shí)時(shí)場(chǎng)景，通過視頻傳輸模塊發(fā)送給綁定的手機(jī)和電腦。

3 控制系統(tǒng)

3.1 循跡系統(tǒng)

在人行橫道上，當(dāng)盲人手持引導(dǎo)拐杖走偏5cm時(shí)，偏離鋁箔一側(cè)的金屬傳感器無(wú)法感應(yīng)到鋁箔，單片機(jī)收到信號(hào)給PWM波控制OUT1和OUT2端（或者OUT3和OUT4端），偏離一側(cè)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，使兩輪間產(chǎn)生差速達(dá)到引導(dǎo)功能，電機(jī)最大轉(zhuǎn)速可達(dá)80r/min，通過占空比可調(diào)速。

3.2 紅綠燈識(shí)別

RFID模塊識(shí)別盲人走到紅綠燈路口，藍(lán)牙模塊會(huì)將紅綠燈識(shí)別的情況反饋回單片機(jī)。檢測(cè)到紅燈RED_LED=0，單片機(jī)給0，拐杖停止；檢測(cè)到綠燈GREEN_LED=1，單片機(jī)給1，拐杖引導(dǎo)行人前進(jìn)。

3.3 超聲波避障

超聲波模塊，當(dāng)障礙物出現(xiàn)在盲人前方時(shí)，單片機(jī)向超聲波trig端發(fā)送高電平脈沖，之后捕捉echo端脈沖上升沿，捕捉到時(shí)打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，等待捕捉echo端脈沖下升沿，捕捉到下降沿讀出計(jì)時(shí)器的時(shí)間t，盲人距離障礙物距離=（t*340（m/s）/2），當(dāng)距離為1米時(shí)，接收器接收信息并將信息傳遞到蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲提示盲人。

3.4 報(bào)警語(yǔ)音系統(tǒng)

采用TELESKY有源蜂鳴器模塊，當(dāng)盲人發(fā)生意外致引導(dǎo)拐杖傾倒、倒地或者脫手超過10s后，單片機(jī)給高電平，發(fā)出“滴滴滴”的報(bào)警聲，水銀開關(guān)傾倒，單片機(jī)控制的SIM800C模塊得電，發(fā)送短信息及GPS定位給家屬綁定的手機(jī)。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)研究智能導(dǎo)盲拐杖，進(jìn)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完善系統(tǒng)的各項(xiàng)功，且整體性能穩(wěn)定。依靠無(wú)線傳感技術(shù)和語(yǔ)音提示功能，提示盲人前方紅綠燈的情況，應(yīng)用超聲波模塊探障。金屬傳感器探測(cè)鋁箔，引導(dǎo)盲人順利通過斑馬線。利用GPS定位、短信發(fā)送和視頻傳輸模塊，當(dāng)盲人出現(xiàn)意外時(shí)，及時(shí)向家人發(fā)送求救信息、影像視頻和地址。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201710347015），項(xiàng)目名稱：盲人過馬路輔助系統(tǒng)

*通訊作者：魏玉蘭（1980），女，漢族，河北邢臺(tái)人，博士，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)控制、圖像處理與模式識(shí)別。