基于GPS技術的導盲拐杖設計分析

黃宏佳 李勇琪 陳亞妮

摘? 要：我國的盲人數量高達600多萬，盲人主要就是通過手杖、導盲犬以及他人輔助的方式出行以及進行日常生活。在城市發展以及規劃過程中，隨著城市布局以及道路規劃的逐漸復雜，此種方式無法滿足盲人的日常生活以及出行需求。重視對盲人的關注，提升盲人的生活質量是尚待解決的關鍵問題。而在各種技術手段的支持之下，通過這些技術手段設計智能導盲手杖，可以有效解決盲人的出行需求，有效降低各種安全隱患問題，進而合理規避因為障礙等問題而誘發的安全事故。基于此，文章主要分析了基于GPS技術的導盲拐杖設計要點，以供參考。

關鍵詞：基于GPS技術;導盲拐杖設計;分析

中圖分類號：TP274.53? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0046-02

Abstract： The number of blind people in our country is as high as more than 6 million. The blind mainly travel through walking sticks， guide dogs and others， as well as in daily life， in urban development and in the process of planning. With the gradual complexity of urban layout and road planning， this way cannot meet the daily life and travel needs of blind people. Paying attention to the blind and improving the quality of life of the blind are the key problems to be solved. With the support of various technical means， the design of intelligent blind walking stick through these technical means can effectively solve the travel and walking needs of the blind， and effectively reduce all kinds of hidden safety problems and then reasonably avoid the problem of safety accidents caused by obstacles and other problems. Based on this， this paper mainly analyzes the key points of the design of blind guide crutches with GPS-based technology for reference.

Keywords： GPS-based technology; blind guide crutch design; analysis

電子導盲裝置分類方式種類繁多，根據不同的方式可以分為手杖式導盲拐杖、手套式導盲拐杖、掛墜式導盲拐杖、腰帶式導盲拐杖、手電筒式導盲拐杖幾種類型。而在社會經濟的發展過程中，在各種技術手段的支持之下，智能導盲拐杖逐漸成熟。智能導盲拐杖是一種集合了電子以及GPS技術為一體的多功能輔助類型的智能拐杖，可以輔助視力障礙者正常出行，在傳統結構簡單、功能單一的盲杖基礎之上合理應用了電話的技術手段，更為關注其整體的便利性、價值性以及功能性，綜合人機功能特征，可以有效滿足視力障礙者的出行需求，此種方式更為科學、安全，具有科技、環保的特征，其具有較為顯著的優勢特征。

1 基于GPS技術的導盲拐杖功能特征

基于GPS技術的導盲拐杖具有較為強大的功能，可以實現GPS自主導盲、語音提示、全方位提高安全性能的優勢，具有操作簡單，無需試前培訓的特征，在應用過程中系統電源具有可選擇性，同時其高度也具有一定的可調性。

1.1 GPS自主導盲

導盲拐杖中集合了GPS的實時精準定位技術，利用在拐杖上的按鈕，可以精確讀出在拐杖上的地理坐標位置，可以通過超聲波傳感器以及紅外探頭的方式探測在前方兩米范圍中的障礙物，通過語音提示的方式達到避障的效果;也可以對左右兩方1.5米范圍中的障礙物實現電子振動提醒，達到躲避障礙物的效果，具有自主導盲的效果。

1.2 語音提示

通過語音播報模塊，通過操作拐杖上的按鈕可以語音播報地理坐標位置，可以通過語音循環的方式播報目的地的名稱，在到達目的地之后就會通過語音提示已經到達。

1.3 全方位提高安全性能

利用超聲波傳感器以及紅外探頭的方式可以有效拓展探測的范圍;如果在操作中，盲人高于了設定的安全閾值，則導盲拐杖就會通過語音提示的方式播報“在前方存在障礙物，請避讓”等方位提示，也可以通過啟動手柄位置的電子振動裝置方式提示盲人減速，達到避障的效果。

1.4 操作簡單，無需試前培訓

通過超聲波以及紅外傳感器可以有效探測具體的路況信息，達到避障的效果。通過GPS可以達到精確的定位，其具有一定的語音播報功能，在盲人應用過程中無需培訓，可以快速牽引盲人到達目的地。

1.5 系統電源的可選擇性

在導盲拐杖的系統設計過程中主要就是通過兩節AA型1.5V電池或者USB接口的外接移動電源作為電源接口模式，在導盲拐杖應用中如果遇到干電池存在無電能的緊急情況，則可以應用備用的移動電源方式達到供電的效果，進而提升了設計產品的實用性與便捷性。

1.6 高度可調

導盲拐杖中設置了三節不銹鋼的管伸縮，在有把手的第一節中安裝了電子設備，而在第二節以及第三節中則內收縮，在每個節桿身中均存在凹槽，盲人在操作中可以根據凹槽對應的定位孔調節的效果，在應用的時候可以將另外兩節收縮放置在第一節內中存放，在應用的時候要拉出另外兩節中的彈簧卡鈕，將其定位在定位孔中。

導盲拐杖在設計過程中主要應用AT89C52單片機作為核心的主控制器， 其主要就是超聲波測距系統、語音播報系統以及紅外探頭系統、GPS精準定位系統等不同的模塊系統。而超聲波傳感器其主要的作用就是檢測正前方的障礙物，通過紅外探頭則可以有效檢測在盲人左右方向存在的障礙物，導盲拐杖通過檢測發現障礙的時候， 單片機則可以有效控制語音芯片，在進行實時播報障礙信息內容的時候，手柄位置的電子震動裝置則就會啟動。同時，在系統中融入GPS定位系統中可以獲得盲人行走的具體方向，而盲人則可以利用按鍵觸發系統語音播報，了解盲人具體的行走方向信息與內容。導盲拐杖的系統原理結構框圖具體如圖1所示。

2 基于GPS技術智能避障的導盲拐杖實現

2.1 智能避障導航拐杖的設計性能參數指標

智能導盲拐杖是一種自動控制產品，主要就是通過單片機進行管理，通過外圍的各個功能模塊實現各種功能。導盲拐杖在設計過程中通過探測傳感器可以采集到環境的具體信息，將其傳送給主控制模塊進行統一的處理，在通過數據處理之后判斷環境信息，在通過語音以及壓力傳感器受力作用給出一定的提示;如果在應用過程中選擇了導盲拐杖的導航功能，導航系統則就會自動設計出最佳途徑。對此，產品要具有良好的電子傳感器，其具有響應快以及誤差小等優點。相對于普通類型的導盲杖，盲人以及視力障礙者主要就是通過盲杖敲擊地面回音的方式識別路況信息，而因為智能化的導盲拐杖可以利用探測技術達到自動避開障礙物的效果，可以利用傳感器反饋信息。

2.2 智能避障導航拐杖的功能研發

在進行基于GPS技術的導盲拐杖設計研發過程中，主要就是以三個功能狀況為主進行研發，第一種就是全功能導航狀態，第二種則就是避障狀態，第三種則就是運動狀態。在三種不同的工作狀態中可以利用導盲拐杖的轉換開關實現轉換操作。

在其處于導航狀態中的時候，通過語音指令輸入目的地點，通過導向系統分析形成便捷安全的線路，而小車則根據路線前行，使用者的導盲拐杖則就會在牽引反饋影響，施加作用力，引導使用者前行;在導盲拐杖的末端中存在的壓力感應系統則可以根據導盲拐杖的具體反應作用力分析應用狀態，達到控制小車速度保障其適應使用者的速度;在導航中，通過導盲拐杖車身超聲波測距系統以及紅外探測系統可以實時的分析具體的路況信息，了解地面起伏、地面障礙以及路口、行人等一些較為復雜的狀況信息，通過導盲拐杖作用力達到合理避讓的效果。

在避障狀態中，關閉導航功能，小車會根據導盲拐杖末端壓力感應系統分析具體的運動方向以及速度，通過控制自身運動方向與速度的方式運行，避障系統會及時反饋障礙或者在復雜路況中反饋信息，根據GPS系統反饋信息，判定應用者的具體位置，主要就是在散步等狀態中應用。

在處于運動狀態中，導盲拐杖的小車會根據手掌反作用力控制運動，沒有導航以及避障功能，可以在熟悉的環境中達到快速移動。

3 結束語

基于GPS技術的導盲拐杖設計分析了解其具體的功能特征以及性能指標，探究了在不同運動狀況之下的不同狀態。基于GPS技術的導盲拐杖具有較為強大的功能，可以滿足在不同環境中的不同需求，解決了傳統導盲手杖功能單一的特征，可以在根本上為盲人的完全出行奠定基礎。

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