“杖非障”智能盲杖

馮偉++王梓++郭鑫陽++秦婷

摘 要：“杖，非障”是一款功能強(qiáng)大的智能盲杖，外形美觀。該產(chǎn)品集成了超聲波傳感器、GSM基站定位器、溫度傳感器及光電轉(zhuǎn)換板。該“盲杖”采用太陽能電池和電源適配器混合供電，經(jīng)濟(jì)方便，同時(shí)也能通過向盲杖發(fā)送短信獲取盲人位置，方便家人尋找。該產(chǎn)品是普通盲杖向智能盲杖的延伸，打破了傳統(tǒng)盲杖的局限，不再只是單向接受盲人指令，還能進(jìn)行自己判斷，之后反饋給盲人。具有巨大的開發(fā)潛力。

關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)距避障；GSM基站定位；太陽能電池供電

1 作品功能介紹

本產(chǎn)品具有避障、定位、太陽能充電以及語音報(bào)時(shí)功能。

1.1 避障功能

通過超聲波傳感器感受盲人面前的障礙物，進(jìn)而發(fā)出警報(bào)聲提醒盲人提前躲避障礙物，針對(duì)聲速易受到溫度影響的缺點(diǎn)，采用溫度傳感器對(duì)聲速進(jìn)行校正。

1.2 定位功能

當(dāng)盲人走失時(shí)，家人可通過向盲杖發(fā)送短信獲取盲人的位置以避免發(fā)生危險(xiǎn)。

1.3 太陽能充電功能

盲杖采用太陽能電池和電源適配器混合供電，在戶外使用時(shí)太陽能電池可以向鋰電池供電，節(jié)約能源，閑置時(shí)可以使用電源適配器為其充電。

1.4 語音報(bào)時(shí)功能

語音報(bào)時(shí)功能不僅可以整點(diǎn)報(bào)時(shí)，還可以通過開關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)時(shí)。

2 工作原理

本產(chǎn)品由超聲波避障模塊、GSM手機(jī)基站定位模塊及太陽能電池模塊組成。

2.1 超聲波避障模塊

在超聲波避障模塊中集成了89S51單片機(jī)、US100超聲波測(cè)距模塊和蜂鳴器。在實(shí)際使用過程中，需要向US100測(cè)距模塊輸入一個(gè)高電平，該系統(tǒng)會(huì)超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)，同時(shí)采用溫度傳感器對(duì)受到溫度影響的聲速進(jìn)行調(diào)整，并將返回的信息以高電平持續(xù)時(shí)間返回單片機(jī)。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速）/2，單片機(jī)得到距離后將其與門限距離比較，若大于門限距離則蜂鳴器發(fā)出警告。超聲波時(shí)序圖如圖1所示。

2.2 GSM手機(jī)基站定位模塊

在GSM基站定位模塊中，采用三基站定位方法，具體如圖2所示。

該定位方法通過三對(duì)[Position，Ti]（i=1，2，3）及由電波到達(dá)時(shí)間定位基本原理得到Ti（i=1，2，3）后，由Ti*c得出設(shè)備到基站i之間的距離Ri，然后根據(jù)幾何知識(shí)建立方程組并求解，從而求得Location值。

2.3 太陽能電池模塊

在太陽能電池模塊中，主要通過光電轉(zhuǎn)換板將光能轉(zhuǎn)換成電能并儲(chǔ)藏在內(nèi)置的容量為一定額度的鋰電池內(nèi)。控制電路部分采用太陽能電池對(duì)鋰電池專用充電管理芯片，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)整充電電流，同時(shí)配合鋰電池DC-DC升壓電路和鋰電池保護(hù)電路，將內(nèi)置鋰電池的電能經(jīng)過輸出接口輸出5 V電壓給單片機(jī)供電。該模塊的控制電路原理圖如圖3所示。

3 作品創(chuàng)新點(diǎn)

本作品的創(chuàng)新點(diǎn)包含如下：

（1）能對(duì)較遠(yuǎn)距離障礙物進(jìn)行偵查，提醒盲人提前避障。

（2）聲速在同一中介質(zhì)中會(huì)受介質(zhì)的物理狀況影響，如溫度、濕度等，雖然溫度對(duì)聲速的影響比較大，但也比較容易矯正。在該作品中，我們使用了溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行矯正，成功消除了溫度對(duì)測(cè)距的影響。

（3）考慮到盲人群體的經(jīng)濟(jì)條件以及節(jié)能環(huán)保等因素，本產(chǎn)品采用太陽能充電和電源充電相結(jié)合的方式。在太陽能電池板選擇方面，采用柔性非晶薄膜太陽能電池板，其與傳統(tǒng)晶硅太陽能電池板相比更輕薄、柔軟可卷曲、功率輸出穩(wěn)定且弱光性好。

（4）為了避免盲人誤入陌生街道迷路，家人無法獲取盲人位置的情況出現(xiàn)，采用GSM手機(jī)基站定位具有定位速度快、成本低（不需要移動(dòng)終端上添加額外的硬件）、耗電少、室內(nèi)可用等優(yōu)點(diǎn)，家人可通過手機(jī)短信方式獲取盲人的位置，及時(shí)幫助盲人。

4 市場(chǎng)前景

電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的快速發(fā)展，引發(fā)消費(fèi)類電子產(chǎn)品行業(yè)更新速度加快，盲人器具市場(chǎng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)比例正在發(fā)生重大變化，傳統(tǒng)工具的市場(chǎng)比重正在逐步縮小，高科技含量的智能工具蒸蒸日上。另一方面，我國每年會(huì)出現(xiàn)新盲人大約45萬，低視力者135萬，即約每分鐘出現(xiàn)1個(gè)盲人，3個(gè)低視力患者，盲人市場(chǎng)需求量巨大，現(xiàn)代盲人外出工作學(xué)習(xí)所處環(huán)境更加復(fù)雜，需更強(qiáng)有力的輔助工具幫助盲人工作學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)盲杖已無法滿足盲人對(duì)生活的需要。杖，非障具有提前幫助盲人避障，通過太陽光補(bǔ)充消耗的電能，避免盲人丟失，幫助盲人適應(yīng)復(fù)雜的生活環(huán)境等特點(diǎn)，因此市場(chǎng)前景大好。endprint