基于STMC89C51 的避障智能盲人眼鏡設計

何月陽 歐美英 段祥瑞 伍正國 張 勝

（滁州學院機械與電氣工程學院，安徽 滁州239000）

隨著時代的發展，最近幾年人工智能的技術在快速的發展，使我們現在的生活越來越智能化。其中，避障智能盲人眼鏡的發展將會有效的解決盲人的出行問題，避障智能盲人眼鏡是一種新型的基于超聲波和圖像識別的盲人智能導航避障眼鏡，解決了盲人在行走過程中定位和躲避障礙的問題，從而提高了他們的工作和生活效率。

1 系統設計

眼鏡品牌采用琺瑯詩頓板材鏡框模型，板材鏡框是采用高科技塑料記憶板材做成的，塑料為合成的高分子化合物。鏡框使用冷加工制造，精細，質量好，經久耐用。板材鏡框不易燃燒，比較輕，幾乎不受紫外線的照射而變色，硬度大光澤度好。

眼鏡的構架主要由幾個系統模塊組成，它們分別是：小型單片機系統控制模塊、紅外線系統感應模塊，超聲波系統接收和發射模塊，LED 燈系統警示模塊、電源系統管理模塊、語言系統感言模塊，GPS 芯片系統追蹤定位模塊、高清攝像頭探測模塊、主從開關模塊，系統的結構框圖如圖1 所示。

圖1 避障智能盲人眼鏡結構框圖

小型單片機系統控制模塊：該模塊的核心是采用STC89C51小型單片機，該款小型單片機體積小，質量輕，便于在眼鏡上使用，并且該小型單片機還是一種微控制器，具有消耗低、性能高的優點。障礙物系統檢測模塊：采用多個超聲波測距傳感器來實現測距的功能，與此同時，每組的超聲波的接收與發射模塊會接收信號，以此來判定前方是否有障礙物。當檢測模塊接收到超聲波接收與發射模塊帶來的返回信號時，計數器將會被中斷。檢測的探頭通過驅動器進行驅動以后，產生超聲波，超聲波系統接收與發射模塊的電路采用已有的電路模塊，這樣可以節約工作時間，提高工作效率。

信息系統反饋模塊：該模塊要求當障礙物系統檢測模塊檢測到前方有障礙物阻攔時，單片機系統控制模塊就會對此種情況進行分析，從而來計算出人與障礙物之間的距離，將這個計算得到的距離傳輸給信息系統反饋模塊，蜂鳴器就會根據不同的距離發出不同頻率的報警聲音。

發光二極管系統警示模塊：是由8 個發光二極管燈和光敏電路組成。當光線足夠強時，燈熄滅；當光線暗淡時，發光二極管點亮。增加發光二極管的功能特性，同時也提高了發光二極管的安全性。其次，發光二極管的功耗低、亮度高，性能高的優點也跟我們此次創新節能的要求完全相符和。

紅外傳感器系統模塊:當前方遇到障礙物的時候，紅外發射管發射出去的紅外光經障礙物反射之后被紅外接收管接收，其輸出會立即發生高低電平的轉換，該信號經由放大電路放大之后被送入單片機系統控制模塊，之后由單片機系統分析處理后做出前方有障礙物的判斷，從而可以對盲人的前進方向做出修正。

電源系統管理模塊：該模塊的9V 電壓是由可充電電池來供給的，通過LM7805 轉換成5V 的電壓，為系統提供一個相對穩定的電源。整個系統以晶振為信號源，來控制系統工作。整個系統的結構電路圖如圖2 所示。

圖2 系統結構電路圖

2 基本模塊布置圖

圖3 避障智能盲人眼鏡模塊布置圖

避障智能盲人眼鏡的基本模塊布置圖如圖3 所示，當盲人需要出行時，可以用手來撥動控制開關，來接通各個模塊。盲人出行時眼鏡上安裝的攝像頭會實時監測周圍的環境。當遇到障礙物時LED 燈就會發出警示，隨后紅外感應器和超聲波接收發射器就會收到信息并對此信息進行處理分辨來提示盲人前方是否有障礙物。GPS 芯片可以對盲人的行動路線進行實時追蹤，主控芯片則是用于連接耳機和語言感應模塊，當盲人需要獲取周圍環境信息時可以觸碰耳機外部旋轉按鈕模塊，等待三秒便可以說出指令，當該模塊接收到盲人發出的此指令時，語言感應系統首先會分辨此語言指令，隨后會進行工作。攝像頭則一直監測前方以及周圍環境的狀況，方便其他模塊有效的運行。紅外感應器和超聲波接收發射器也會協同語言系統感應模塊和GPS 芯片模塊工作，來達到幫助盲人的目的。

3 軟件結構設計

軟件是采用模塊化的形式設計的，程序由主程序、超聲波測距程序、信息反饋程序等組成，系統軟件的工作流程是：在盲人開始啟動使用眼鏡的時候，系統會初始化隨后就會發出超聲波來判斷前方是否有障礙物。如果有障礙物，揚聲器就會發出報警聲音，之后重新回到系統初始化的狀態，重復上述過程；如果前方沒有檢測到障礙物，則會重新發出超聲波再次來判斷有無障礙物。超聲波發射器向一定的方向發射超聲波，在超聲波信號發射的時候開始計時，超聲波在空氣中傳播，在傳播的途中如果遇到障礙物就立即返回，反射波被超聲波接收器接收后就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340 米/秒。

超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能與超聲波相互轉化，即在發射超聲波時，將電能轉換成機械振動而產生發射超聲波;在收到回波時，則將超聲振動轉換成電信號,超聲波測距時，在控制電路的控制下，超聲波發射探頭向前發射8 個超聲波，當超聲波在空氣中遇到障礙物時，就會被反射回來，并通過超聲波接收探頭轉換成電信號，由控制器來判別回波信號。超聲波在空氣中的傳播速度為已知，來回穿越時間是相等的，只要測量出發射聲波和接收聲波的時間差，乘以傳播速度，就可以計算出障礙物的實際距離。我們這款眼鏡的設計主體主體是采用超聲波測距離。

記錄的時間可以通過定時器來看，可以計算出發射點跟障礙物之間的距離。軟件實現的功能包括：控制超聲波的發送與接收以及信號的實時采集實現超聲波測距的計算；實現語言感應模塊和攝像頭的功能，能有效的進行記錄和復位；遇到障礙物時能夠根據障礙物的距離，語音提示不同的內容；語音提醒的同時LED 燈閃爍時，提醒行人讓路；盲人按下控制開關，語音提醒就會停止（圖4）。

圖4 避障智能盲人眼鏡機構圖

結束語

盲人智能避障眼鏡在硬件和軟件設計上都能達到使用的基本要求，能實現設計中的各個功能。智能設備在當今時代還是十分吸引人的，有著獨特的魅力。避障智能盲人眼鏡如果應用到生活中可以大大的方便盲人群體，給他們帶來巨大的幫助。