多功能電子導盲犬

德州學院 王林祥 王志坤 楊淞淳

1 原理與設計方案

1.1 產品設想及理念

導盲產品首先要做到的是安全，多功能電子導盲犬外形其實不是狗的模樣，它更接近遙控賽車，這樣可以保證其運行速度可以隨盲人速度變化，履帶式設計可以讓它輕松應對各種復雜地形，如：陡坡、泥濘、路沿石、樓梯等。通過超聲探測系統探測前方是否存在障礙物、深坑、水池等，并實現障礙物距離、大小的測量。通過定位及導航系統選擇避讓路線。語音功能可以及時提醒盲人前方路況，讓盲人有心理準備以便及時作出調整，紅外系統可及時探測周圍300米內移動物體，處理系統會計算并預測移動路線提前規避。微型攝像頭及圖像識別器可以識別周圍紅綠燈、斑馬線、盲人線。等電子犬的GPS可以讓親人隨時注意盲人位置，當事故發生時警報系統啟動報警并像盲人親屬發送位置信息求救，小型太陽能電池板可以在其出現故障時提供緊急供電，用于警報發射。

1.2 設計方案

導盲犬的驅動系統：采用雙電機四履帶傳遞驅動。這樣的設計不但可以保證運行速度，還能使前行更加平穩，適應道路能力極強。沒有車輪的設計還可以盡可能降低產品重心，有效防止側翻，四履帶設計在翻越障礙物、樓梯時即使一個履帶懸空也能繼續前行。

超聲探測系統：超聲探測儀是一個類似于迷你雷達的裝置，通過發射和接收超聲波的方式進行定位。一般通過壓晶片共振帶動共振板震動使其產生超聲波，利用51單片機控制使其產生40KHZ的方波，方波在四周發散過程中遇到障礙物會返回，當接收器接收超聲波后，聲波會帶動晶片振動，將聲波的動能信號轉化為電能信號，電信號傳遞給51單片機處理。通過聲波返回的時間間隔判斷障礙物距離。（聲波測距方法一般有兩種。（1）平穩電壓法，（2）測脈沖寬度法。）信息傳遞給驅動及語音系統，通過導航儀確定新的行進路線，語音系統接收信息后向盲人傳遞前方障礙物通知使其提前做出調整。

紅外定位系統：了解到超聲導盲設備運行速度較慢只能進行小范圍的障礙測量，而且容易被吸收或受其他聲波影響。所以對其作出調整，紅外探測儀一般探測距離為0.5～300，探測速度更快、更精確，但探測距離較短，因此兩系統一起使用更能確保避障的準確性。由于其定位的速度快，可以定位移動單位，信息傳入微型計算機，預判移動單位的行進路線，從而更有效地實現躲避。

紅綠燈識別系統：該系統由兩部分組成：微型攝像頭和圖像識別器。微型攝像頭將收集到的圖像處理，傳遞給圖像識別器，圖像識別器將圖像信息進行篩選，當圖像識別器發現紅綠燈信息時立即對顏色進行處理，將紅綠燈信息轉化為電信號傳遞給51單片機。51單片機通過接受信息控制驅動停止還是前進，語音系統通知盲人前方紅綠燈信息。該系統同樣可以識別斑馬線、盲人線等特定線路。

GPS定位及危險求救系統：GPS定位系統可以讓盲人的位置時時刻刻被親人得知，當意外事故（如摔倒、車禍）發生時，盲人必然受到驚嚇，體內腎上腺素大量分泌，心跳巨變。在電子導盲犬和盲人的連接裝置靠近人手處安有心跳測量儀器，通過檢測心跳變化判斷盲人是否發生事故，若心跳劇增則觸發報警裝置。微型計算機接收警報信息后控制藍牙連接手機報警并給盲人家屬發送定位求救。同時控制語音裝置向行人求助。

小型太陽能緊急供電系統：該系統是在電子導盲犬頂部的合金鋼板上安裝了GIGS太陽能電池。這種太陽能薄膜電池具有良好的穩定性，該太陽能電池轉換率高、用材少、成本較低，可以廣泛推廣。該系統主要用于緊急供電，當電池主供電線路故障時可提供緊急電源帶盲人返回并修理，而當遇到事故主線路被毀壞無法返回修理時，該系統則提供電源發送警報。

1.3 運行方案

使用時盲人拿起牽引繩套在手腕，遙控器只有兩個鍵，一號鍵和二號鍵。按下一號鍵啟動電子導盲犬，通過對二號鍵按壓次數通知電子導盲犬要去的地方，該電子導盲犬通過51單片機提前編程，不同的按壓次數編程為不同的地點。當盲人確定想去的地方時，按壓耳號鍵，通過次數將指令輸入，電子導盲犬開始行動各系統協調運作，出門下樓。根據盲人的速度調整自己的速度，引導盲人躲避障礙，穿過馬路。當盲人累了要休息時再按一號鍵停止。再次啟動時繼續上一指令。

2 發展前景

我國視力殘疾人數高達877萬，對導盲產品需求極大，但普通導盲產品無法對盲人提供安全有效的出行，而導盲犬訓練周期過長，品種要求苛刻，價格太高，無法批量生產。這款多功能電子導盲犬解決了安全性及速度慢的問題，大幅度增加了盲人的活動范圍，如果產業化生產也可大大降低生產成本，有很大的普及性。

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[2]張珍,于海勛,劉芳.基于人機交互的紅外探測式智能導盲裝置[J].現代醫學生物進展,2017.

[3]楊超,趙群飛.基于Clinux嵌入式導盲系統[J],計算機工程,2008.

[4]吳文娟.單晶硅高效制絨的研究[D].中國優秀碩士學位論文全文數據庫,2012.