一種多功能智能盲人用拐杖的設計

惠洋洋 張斌 王保山 劉奧麗 張謙信 蘇科

[摘要]隨著社會的發展，電子設備使用頻率的增加，國民視力逐漸走低，盲人逐年增加，開發智能拐杖對提高盲人幸福感十分重要。本設計基于單片機協同模塊化組件構成智能拐杖。

[關鍵詞]單片機 GPS 超聲波測距 智能拐杖

在中國大約有650萬盲人，是世界上盲人人口最多的國家，導盲手杖作為目前盲人最普遍的工具，將其進行研發與升級是十分必要的。由于他們看不見，行動很不方便，出行時會遇到諸多問題。現在市場上盲人所使用的拐杖大多結構簡單而功能單一，大多只有掃清障礙物的功能，而無法判斷前方路況，以及危險。比如前方有懸空式障礙物，傳統拐杖無法有效探測。如果盲人出行迷路返途將會是一件非常困難的事情，家屬無法準確定位其準確位置。給盲人群體帶來諸多不便。為解決以上問題，本設計集成了GPS、語音通話、SOS、娛樂設施模塊、警示用燈等模塊，不僅僅提高了使用者的便利性，同時也做到警示旁人的作用，多維度為盲人朋友創造更安全的外在環境。并且大幅度提高出行效率。在傳統拐杖基礎上添加LED照明設備，對周圍起到警示作用。同時MP3、FM電臺等娛樂設備的添加，進一步提高盲人出行娛樂質量。先進的智能導航模塊會及時提供周圍餐廳、衛生間、休息區等信息。該設計功能齊全、操作簡單、成本較低，具有很強的實用性和推廣價值。

1設計思路

多功能GPS自動定位超聲探測可拆卸智能拐杖，主要利用單片機技術，搭載先進GPS導航模塊，超聲波立體避障模塊，語音提示模塊為一體。在拐杖頭部有LED警示燈和揚聲器，通過把手按鈕可以精確得到地理信息。內部搭載的蜂鳴器將對1.5米內障礙物進行報警，并且隨著距離靠近聲音會逐漸急促。選擇過馬路時候可以手動打開報警系統起到警示作用。

1.1超聲波模塊

以單片機IAP 15F 2K 61S2為主控件，H C-SR 04超聲波測距模塊可提供2CM-400CM的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3MM;模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。

1.2GPS導航模塊與定位模塊

采用先進的GPS定位器，定位精度控制在1M之內。路況實時更新，準確切換安全道路。在無多個電源時也可共用一個電源，但要保證電源的功率足夠大，在模塊電源處增加濾波電容，減輕紋波。

1.3語音模塊

由于智能拐杖適用于盲人，需利用語音提示來進行信息的輸出。模塊由SX 6288A、S PI F L ASH、音頻功放芯片三部分組成。S X 6288A模塊可直接驅動0.5W8R或者3W 4R的喇叭，自帶了D類放大電路由于大部分品牌的S PI F L ASH的供電電壓不超過4V，本系統特增加穩壓電路。最終方案是做出一個以普通盲人拐杖為基礎，加上測障避障裝置，手機通訊裝置，GPS定位裝置，語音識別及語音播報裝置。通過上述一系列裝置制成的多功能智能盲人拐杖助手，對于盲人的出行安全有極大的保障，讓盲人的出行不再成為一個困難的事情。

1.4led點陣模塊

在給盲人本身提供了便利之外，我們期待從另一維度給盲人再創造新的空間，通過led燈源給予旁人以提示作用。模塊由MAX7219組成，是一種集成化的顯示驅動器，可直接與單片機接口連接，用戶能方便修改其內部參數，以實現多位LED顯示。模塊工作電壓為5v，且支持多個模塊級聯，此種選擇為以后拐杖的升級換代提供了良好的靈活性。

1.54G SIM卡模塊

為了輔以路線記錄及及時上傳數據的的要求，此模塊采用華為ME909s-821模塊，LTE 4G全頻段天線，SMA接口，線長3米，工業級別4G模塊，可持續24h不間斷運行，為拐杖的穩定性提供了良好的支柱。

1.6FM收音機模塊

在保證基本需求的同時，娛樂性也是我們設計所追求的。TEA5767模塊由飛利浦公司生產，綜合效能十分優秀的收音機模塊，被廣泛應用于手機、MP3、MP4的收音機功能，TEA5767內置了主頻高達75MHZ的數字信號處理器，實現384KBPS/48KHZ的MD級高品質MP3音樂文件回放，加上擁有一般MP3播放器難以企及的高保真回放線路（信噪比高達95DB，THD總諧波失真率<0.05%>同時非常省電。

3項目先進性

3.1研究需求在前沿

現在已有的相似產品功能單一且操作繁瑣，不能服務更多的消費群體，引發了許多問題。我們積極尋找、發現、研究問題并且總結這些問題，有針對性的優化方案，尋找利益的最大化是具有市場價值的。怎樣把多功能的、較難操作的產品轉化為簡便操作的產品是現在市場所需要的。

3.2調查方式在前沿

我們結合所學過的知識，抓住盲人、老年人及登山愛好者這些群體，從多維度了解到這些群體的需求，不局限于某一部分，對其進行廣度和深度的調查。主要利用網上調查問卷、訪問這一群體正在使用這類產品的相關人，使我們能了解更多我們新型盲人智能手杖與已有產品的區別及未來的發展方向，使調查結果更加具有可信度。

3.3綜合功能在前沿

傳統競爭產品較多但功能單一、分散不夠集中，功能操作體系也在進一步完善之中，并且市場價格昂貴，不能被普通的消費群體所接受。我們團隊致力于將目前已有功能和我們的創新點完美結合，做到功能更全面;不斷地調試和改善，做到操作更簡單;改進材質和原料，做到更便攜、環保。