基于自動控制理論的智能導(dǎo)盲杖分析及其探究

張艷天 王堃陽 弓成龍

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基于自動控制理論的智能導(dǎo)盲杖分析及其探究

張艷天 王堃陽 弓成龍

（沈陽理工大學(xué)）

隨著我國綜合實(shí)力的逐步發(fā)展，智能型導(dǎo)盲杖裝置也在在我國構(gòu)建科技生活一體化的過程中也存在著巨大的發(fā)展?jié)摿臻g。筆者從多方面對智能導(dǎo)盲杖的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究與分析。希望對相關(guān)科技人員與工作人員有所幫助。

自動控制；導(dǎo)盲杖

1.引言

自動控制過程在我國的工程行業(yè)、公益行業(yè)、軍事領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，對我國的國民經(jīng)濟(jì)所涉及的各個行業(yè)都發(fā)揮著重要的作用。通過自動控制環(huán)節(jié)，可以有效解決相關(guān)的系統(tǒng)控制方面的難題，其中主要通過反饋的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動控制循環(huán)的過程。隨著我國公益事業(yè)的日益成熟，自動控制系統(tǒng)在公益行業(yè)中也有較好的應(yīng)用。

目前市場上已有較多的電子導(dǎo)盲工具,無論是傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手杖還是電子導(dǎo)盲設(shè)備都存在一定的局限性。首先傳統(tǒng)的導(dǎo)盲設(shè)備不能滿足現(xiàn)下盲人日常生活的需求，傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手杖不能讓盲人及時發(fā)現(xiàn)障礙物，且在盲人出現(xiàn)意外事故時，無法及時的通知家人，夜間盲人的出行更加不安全。因此市場上新型的智能導(dǎo)盲杖更加符合市場的需要。筆者所描述的智能新型導(dǎo)盲杖采用簡單的按鈕和語音提示，操作簡單。其依據(jù)自動控制理論，從而具備智能定位、語音報(bào)時、GSM 通信、GPS 定位、超聲波測距和摔倒檢測等功能。摔倒檢測功能、定位功能和通信功能相結(jié)合，當(dāng)盲人出現(xiàn)意外時，可以及時發(fā)送地理位置短信通知家人；超聲波測障功能可以能自動檢測前方1.5米范圍內(nèi)障礙物，采用提示音和震動兩種方式有效提示盲人避障；語音報(bào)時可以提醒盲人時間，同時導(dǎo)盲手杖還兼有夜間警示功能，通過警示燈提醒路人繞行，以保障盲人夜間出行的安全。

2.智能導(dǎo)盲杖中的自動控制分析

2.1智能導(dǎo)盲杖總體設(shè)計(jì)方案

智能導(dǎo)盲杖系統(tǒng)是以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由陀螺儀，超聲波模塊，實(shí)時語音報(bào)時模塊，GPS 與 GSM 模塊，蜂鳴器，按鍵，移動電源8部分組成。單片機(jī)是整個系統(tǒng)的核心部分。超聲波用于檢測盲人前進(jìn)路上是否有障礙物，若前方1.5米以內(nèi)有障礙物，蜂鳴器響。同時，當(dāng)啟動手柄震動按鈕后，隨著蜂鳴器鳴響，手柄也開始震動，這樣在喧鬧的環(huán)境下，盲人聽不到語音報(bào)警時，也可以感覺到手柄的震動報(bào)警，再次按下按鍵則關(guān)閉手柄震動功能; 當(dāng)按下語音報(bào)時的按鈕時，語音播報(bào)當(dāng)前的時間，精確到分，范圍為24小時任意時間;陀螺儀用于檢測盲人是否摔倒，若檢測到摔倒蜂鳴器鳴叫，若鳴響持續(xù)10秒以上，通過GPS 和 GSM向家人發(fā)送盲人的位置信息;夜間警示路人功能，在夜間時，或者燈光昏暗的環(huán)境時,盲杖上的指示燈自動亮，可以警示前方路人注意盲人的位置，注意避讓盲人。整個系統(tǒng)由移動電源供電，不用時可關(guān)閉開關(guān)，電量可以使用較長時間。

圖1：智能導(dǎo)盲杖整體設(shè)計(jì)框架

2.2智能導(dǎo)盲杖中的自動控制理論分析

在智能導(dǎo)盲杖的經(jīng)緯度定位與超聲波測障礙方面，自動控制系統(tǒng)的作用較為突出，筆者主要介紹在智能導(dǎo)盲杖定位過程中對地理位置的自動控制、自動反饋環(huán)節(jié)的情況，以及超聲波如何自動檢測前面障礙的自動反饋與修正的問題。在智能導(dǎo)盲杖的定位過程中，主要應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對地理位置經(jīng)緯度坐標(biāo)的檢測、反饋、數(shù)字化顯示等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動更新地理位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得智能導(dǎo)盲杖的使用者所在的地理位置維持在一個以使用者為中心的相對穩(wěn)定數(shù)值的圓形變化范圍內(nèi)。在智能導(dǎo)盲杖的外觀設(shè)備原料周邊安裝地理經(jīng)緯度檢測裝置，實(shí)現(xiàn)對使用者周邊區(qū)域的實(shí)時經(jīng)緯度檢測與查詢，通過無線的傳送過程，把檢測到的經(jīng)緯度信號傳送至終端控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和真實(shí)的經(jīng)緯度參數(shù)值進(jìn)行查詢、比較，當(dāng)智能導(dǎo)盲杖的自動控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)檢測的經(jīng)緯度坐標(biāo)與設(shè)定的經(jīng)緯度參數(shù)值不一致時，系統(tǒng)自動通過預(yù)先安裝的超聲波探測環(huán)節(jié)（也可以稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)），將需要前后左右移動的操作命令傳送至智能導(dǎo)盲杖控制終端，控制終端做出相應(yīng)的答復(fù)，以紅綠燈等信息進(jìn)行外在顯示，并且及時地對咱們導(dǎo)盲杖的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行修正，這樣就實(shí)現(xiàn)了對經(jīng)緯度檢測的反饋環(huán)節(jié)，檢測裝置再次進(jìn)行經(jīng)緯度檢測，然后把檢測的信息送至智能導(dǎo)盲杖的控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)里，控制系統(tǒng)再次對收到的溫度信息和系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行對比，這樣周而復(fù)始，從而通過閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對經(jīng)緯度坐標(biāo)的自動識別控制，保障了智能導(dǎo)盲杖的使用者的經(jīng)緯度處于穩(wěn)態(tài)遠(yuǎn)程的聯(lián)網(wǎng)終端之中，從而確保了使用的地理位置準(zhǔn)確性。

圖2：智能導(dǎo)盲杖程序工作流程圖

3.結(jié)語

隨著我國公益事業(yè)的蓬勃發(fā)展，筆者相信日后的智能型公益設(shè)備會有更好的發(fā)展，因此，筆者認(rèn)為，在智能型可穿戴設(shè)備的生產(chǎn)過程中，如何做好對控制相關(guān)參數(shù)的自動控制、以及如何設(shè)計(jì)反饋環(huán)節(jié)，都對相關(guān)的技術(shù)方面有很高的門檻，公益性可穿戴智能設(shè)備一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將對使用者帶來極大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，筆者簡要分析了在智能導(dǎo)盲杖設(shè)備中的自動控制理論的應(yīng)用，希望對相關(guān)的科技生產(chǎn)企業(yè)單位有所幫助。

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張艷天 性別：男 出生年月：1995年10月12日 籍貫：內(nèi)蒙古通遼市 學(xué)歷：沈陽理工大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽理工大學(xué) 研究方向：自動化

王堃陽 性別：男 出生年月：1995年11月17日 籍貫：河南省汝州市 學(xué)歷：沈陽理工大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽理工大學(xué) 研究方向：自動化

弓成龍 性別：男 出生年月：1995年10月06日 籍貫：遼寧省凌源市 學(xué)歷：沈陽理工大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽理工大學(xué) 研究方向：自動化