新型智能導(dǎo)盲拐杖的設(shè)計

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：中國盲人數(shù)量在800萬以上，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1300萬以上[1]。視力上的殘缺給它們的生活帶來了很大的不便，特別是出行時，經(jīng)常會碰到障礙物，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，但是實際中，許多盲道被車輛所占據(jù)，阻礙了盲人的交通權(quán)利[2]。同時也有相關(guān)機構(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，申請者一般至少要等待3年，因此不能廣泛的應(yīng)用到實際生活中[3]。對此，本文設(shè)計了一款新型的導(dǎo)盲拐杖，整個系統(tǒng)由單片機、超聲波模塊，語音模塊、光照模塊、振動模塊等組成，通過實現(xiàn)各模塊的功能，使得避障功能更加智能化和自動化，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

為了使盲人更好的躲避障礙物，本文設(shè)計了系統(tǒng)總體如圖1的智能導(dǎo)盲拐杖，系統(tǒng)以本文設(shè)計以STC89C52單片機作為主控芯片，外接語音模塊、超聲波模塊、光照模塊、振動模塊等。通過各個模塊檢測外界是否存在障礙物，將采集的信號送給單片機，進而單片機控制其他模塊進行工作。

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超聲波模塊，這樣的設(shè)計能檢測到類似臺階一類的障礙物，使盲人出行更加便利。當超聲波模塊檢測到前方4米以內(nèi)的地方有障礙物時，則語音模塊提醒前方有障礙物,這樣的設(shè)計使盲人能準確的對障礙物做出反應(yīng)。當所處的環(huán)境比較嘈雜時，對語音提醒會產(chǎn)生影響，因此在拐杖上加了振動模塊。語音提醒的同時拐杖也產(chǎn)生了振動，在嘈雜的環(huán)境下不會影響拐杖的功能。在光線比較暗的情況下，由光照模塊發(fā)出光芒，提醒前方行人注意。本設(shè)計適合多種環(huán)境下使用，增強了拐杖的智能化、靈活性和實用性。

2 系統(tǒng)硬件組成和設(shè)計

為了使導(dǎo)盲拐杖達到為盲人提供便利的目標，需要設(shè)計了以下模塊電路：電源模塊，超聲波模塊、光照模塊、振動模塊和語音模塊。本系統(tǒng)的電源模塊采用9V電池經(jīng)過降壓模塊降壓成5V為系統(tǒng)供電。電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(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，因此此方案能滿足系統(tǒng)要求。超聲波模塊采用HC-SR04超聲波模塊，此模塊測試距離可以達到4m，而且測距精度高達3mm[4]。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路，工作時通過發(fā)射器發(fā)射信號，當信號遇到障礙物時信號返回，接收電路則接收返回信號。通過整個過程的時間和聲波的速度計算出測試的距離，從而達到測距的目的。系統(tǒng)的語音芯片采用WT588D語音傳感器，此傳感器操作簡單，將語音信息下載到SPI-Flash上即可。軟件操作簡單易懂撮合了語音組合技術(shù)，大大減少了語音編輯的時間，完全支持在線下載[5]。本系統(tǒng)采用BH1750FVI環(huán)境光強度傳感器集成電路作為在夜晚拐杖上的光照裝置。此傳感器可以探測較大范圍的光照變化，并且受到紅外線的影響小，符合本系統(tǒng)的要求。

整個系統(tǒng)利用超聲波模塊和光照模塊產(chǎn)生檢測信號，信號經(jīng)過單片機輸入口傳給單片機，單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)分析從引腳輸出相應(yīng)控制信號給語音模塊和振動模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)的功能，從而達到避障的作用。整個硬件原理圖設(shè)計如圖2所示。

3 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計

本智能盲人拐杖的系統(tǒng)軟件如圖3所示，首先系統(tǒng)對各個模塊進行初始化設(shè)置，然后判斷前方是否有障礙物，若判斷前方無障礙物，則回到初始化。若判斷前方有障礙物，則單片機驅(qū)動語音模塊發(fā)出語音提醒，振動模塊產(chǎn)生振動。接著判斷實際光照是否小于50LUX，如果實際光照小于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

本文設(shè)計的智能導(dǎo)盲拐杖能夠根據(jù)前方有無障礙物實現(xiàn)對盲人的提醒功能，也解決了盲人在實際中獨自行走的問題。整個系統(tǒng)以單片機處理器，外加幾種相應(yīng)的傳感器，操作簡單制造成本低，實用性強，而且在實際測試中達到了預(yù)期效果，解決了盲人在行走中避障的問題，具有較廣的應(yīng)用價值。

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

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

[3]袁佑新.可視汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息,2007(Z2)：268-270．

[4]戴曰章.基于超聲波測距的汽車倒車報警器設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2006(3)：27-28．

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