淺論盲人導航輔助工具的設計與實現

姜有鑫 莫光華 程思寧

【摘要】對滿足盲人出行時的一般需求進行研究，為更好地指清前方道路。并防止盲人在沒有視覺的作用下，發生“走失”，與家人無法取得地理位置的聯系。因此提出，采用超聲波回波的方式，在語音模塊的作用下進行播報，并采用衛星定位發送當前位置，以保障盲人與家人取得聯系。詳細闡述了盲人導航輔助工具的設計與各功能實現的過程，同時分析了該設計的精準性。

【關鍵詞】盲人導航；語音播報；衛星定位；GSM

在信息的不斷發展下，越來越多的人需要幫助，例如盲人的生活。他們生活不便，經常遇到各種各樣的問題。目前，我國視力障礙人員達到1740多萬人，其中所占的盲人總數為824.8萬人，占據世界盲人總數的18%，而且，據不完全統計，現如今，每年全世界新增的盲人數量大約在45萬人左右。盲人在生活中所用的導盲儀器大多是為手杖，在通過對周圍事物的觸摸或敲試來進行判斷前方是否有“路障”，并決定自身需不需要停下腳步或是掉頭轉向。不難看出存在太多的弊端，也正是如此，它的推廣和利用不是很好。而目前國內導盲類的電子產品不是價格過高，就是它在使用時受到的局限過大，試用的范圍過窄，不利于當前社會的推廣及使用。基于以上的問題，我們在進行初步的分析之后，開始設計盲人導航輔助工具，它不僅能符合盲人出行一般需求，很好的為其指清道路，提供方便。

一、盲人導航輔助工具設計

（一）設計方案

基于對盲人導航輔助工具的設計方案如圖1所示，主要分為以下兩個部分。

（1）該部分采用以AT89C52單片機做控制原件，以HC-SR04超聲波模塊進行對距離的探測，并在檢測到前方障礙物時，通過超聲波模塊上的接收器接收到聲波時的時間差來測定距離，并將該信息反饋交給AT89C52單片機，在經過QJ008M01語音模塊的作用下，使其進行播報在給定距離下的語音內容。通過這種方式，告訴盲人前方有障礙物，需要躲避。比如“前方50cm出有障礙物，請注意”（設定距離為50cm，可更改）同時，為彌補探測遠距離而增添了一個有源蜂鳴器，當你離“障礙物”越近時，蜂鳴器報警的聲音越急促，為語音模塊起到遠距離的互補作用。（2）采取衛星定位的方式，通過A9G模塊中GPS/北斗部分進行確定盲人目前所在的地理位置，當盲人遇到自身無法解決的問題，或是在“迷路”時無法探知路徑的情況下；通過A9G模塊中GSM部分上的按鈕，在手動觸發按鈕時，GSM會將衛星定位的地理位置已短信的方式發送給盲人的家人在GSM中預留電話號碼的主人手機上。

（二）超聲波語報電路的設計

盲人導航輔助工具中的超聲波、語報電路設計涉及了多個方面，包括單片機、超聲波模塊、語音模塊和蜂鳴器的選擇。同時還包括了單片機和各個模塊之間的相互連接的方式設計。原理圖如圖2所示。

HC-SR04超聲波測距模塊包括超聲波發送端和超聲波接收端，該模塊可以提供2cm到450cm的測量距離，擁有0.2cm的較高精度。以40HZ的工作頻率，外加15度的測量范圍。可滿足盲人對前方距離的測量。由于該設計以盲人為使用人群，因此采用語音模塊播報和蜂鳴器組合的方式進行。

QJ008M01語音模塊支持播放WAV/MP3格式的文件，外加8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48采樣率（KHz）方便編寫；可采取語音合成工具合成自己所需的語音。同時該模塊內置1W的功放，播放的聲音洪亮，能讓盲人聽得更為清楚。而采用的有源蜂鳴器，通過蜂鳴器的鳴笛聲的急促程度來反映與路障的距離（3米內有效）。添加蜂鳴器是為了去探測較遠距離時，是否有障礙物的存在，也是為了彌補語音模塊只能播報固定的距離。如圖3所示。

（三）衛星定位及短信發送的設計

A9G是一款集GSM/GPRS+GPRS/GPS功能的模塊，該模塊內置的GPS或北斗的衛星定位以獲取當前的位置信息，之后再以模塊自身的GSM進行對位置信息的發送。A9G相比市面的散搭套件，它的集成化程度較高，不管是測量還是使用時，不會出現接觸不良的狀況，導致測量出差，或不工作的問題。

A9G中含有美國的GPS衛星定位的同時，還有國內的北斗定位方式，采取的雙定位方式，使得定位的結果更加精準和可靠。還能避免市面上部分的GPS模塊不能在室內進行定位，引起盲人在室內時，做不到定位的尷尬局面。內置的GSM在通信不佳的狀況下也可以正常工作，不會限制插入A9G中SIM卡的類型。

二、設計結果及分析

（一）超聲波語報設計結果

完成的超聲波語報電路，能實現檢測距離前方50cm路徑內是否從在“障礙物”，預報效果較為及時，能有效地讓盲人留意到當前的情況；所設定的50cm不僅在超聲波檢測時它的精準度更高，還是盲人所需探測前方障礙時的一般所采用的范圍值；而且，能盡量的避免外界干擾的存在。由于語報是使用語音合成工具合成的，所以方便更改語報的內容。進行語音導航，語音延時短，語速和音量可以進行調整。除了近距離50cm內的范圍外，增加的有源蜂鳴器可以播報0～300cm距離內的路障，距離越近蜂鳴器鳴笛的頻率越高，它的添加無法對遠距離障礙的測量。能很好的為盲人提供服務，保障盲人行走時的安全。

（二）衛星定位及短信發送的結果

A9G在代碼編輯方面時方便調控和編寫，同時，由于A9G整合了GSM/GPRS+GPRS/GPS功能，所以該模塊不僅完成了衛星的定位，還做到了短信的發送和編輯。A9G為開源電路，利于優化調試和二次的開發。其芯片的精準度也較為高，就以海口經濟學院-西苑學生公寓三棟為例。

從A9G模塊上得到的坐標為：1958.1692，N11029.0297，E如圖4所示。

我們所接收到的坐標為地球坐標，需進行轉換為火星坐標才可對目前位置的定位。原因是，美國的GPS目前所使用的坐標系統WGS84，它是以經緯度來表示出地球所在平面某一點的位置信息，但我國為了對國家安全的考慮，使得國內所有使用導航電子的地圖必須使用國家測繪局特意加密過后的坐標系統驚喜使用，目的是將真實存在的地理經緯度坐標通過加密的手段，修改成不正確的一個地理經緯度坐標，方便各方人士使用，所以將前者定義為地球坐標，后者稱之為火星坐標以做到區別使用。

通過下方圖5和圖6的GPSspg經緯度查詢可以清楚地看到，該坐標定到了當前所在海口經濟學院-西苑學生公寓三棟，實際測量物理偏差在5米左右；符合條件要求。

三、結論

該盲人導航輔助工具，不僅系統性的實現了為盲人提供語音服務，播報障礙物的功能，盡可能的減輕了盲人在行走不便時從在的安全隱患，方便了盲人平常的出行；還進行對盲人地理位置的精準定位，可以及時的為盲人家屬提供自身所處的位置，方便了盲人及其家屬。雖不能完全讓盲人在行走時，避免在社會中的所有問題，但在一定的程度上也起到了幫助盲人的作用；在實際測試中隨伴隨著不可避免的誤差值，不過差值較小不會在實際使用中造成太大的干擾。但也充分體現出該盲人導航輔助工具的可行性和實用性。盲人導航輔助工具采用了一塊51單片機芯片、3個模塊（超聲波模塊、語音播報模塊、A9G模塊）它的造價低廉，物件輕小、便于攜帶；不足之處是無法檢測地面不平整給盲人帶來的麻煩。

參考文獻

[1]胡雨霞，胡嘉浩.基于智能視覺導航的盲人指路設備設計[J].現代電子技術，2017，8（15）.

[2]諶小猛，魯明輝.盲人定向行走輔具的發展現狀[J].中國特殊教育，2017（09）.

作者簡介：姜有鑫（1997—），男，海口經濟學院，學生，研究方向：電氣工程及其自動化；莫光華（1997—），男，海口經濟學院，學生，研究方向：電氣工程及其自動化；程思寧（1980—），女，海口經濟學院，副教授，研究方向：電子信息、電氣自動化、虛擬仿真的教學與研究。