手持式導(dǎo)盲終端的設(shè)計(jì)

舒平凡 張婧婧 張國偉 陳細(xì)水 鐘海浪

摘要：基于Arduino開發(fā)平臺(tái)，以盲人出行安全為設(shè)計(jì)目標(biāo)，展開超聲波探路、紅外避障、GPS定位等導(dǎo)盲系統(tǒng)的終端設(shè)計(jì)與測(cè)試。通過超聲波測(cè)距，檢測(cè)道路前方0.1～5m內(nèi)是否適于直行;采用紅外探測(cè)，確認(rèn)盲人左右2～40cm是否有障礙或行人;選擇GPS模塊解決盲人出行中的定位問題;通過蜂鳴器為盲人行走時(shí)不在安全距離提供預(yù)警。設(shè)計(jì)以高精度、低成本的方案，為手持式導(dǎo)盲終端提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲終端;Arduino;超聲波傳感器;紅外傳感器;GPS

中圖分類號(hào)：TP242. 6+2? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）26-0143-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

The Design of a Handheld Guide Terminal

SHU Ping-fan， ZHANG Jing-jing， ZHANG Guo-wei， CHEN Xi-shui， ZHONG Hai-lang

（College of Computer and Information Engineering Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract： Based on Arduino development platform， with the blind travel safety as the design goal， the terminal design which include with test of ultrasonic road detection， infrared obstacle avoidance， GPS positioning are carried out. Through ultrasonic ranging， it can detect whether the road is suitable for straight travel within 0.1 ～ 5m in front of the blind ; infrared detection is used to confirm whether there are obstacles or pedestrians with in 2 ～ 40cm to the left and right of the blind; GPS module is selected to solve the positioning problem of the blind in travel; buzzer provides early warning for the blind when they are not at a safe distance.The design is based on high precision and low cost， which can provide technical reference for the handheld guide terminal.

Key words： guide terminal; arduino; ultrasonic sensor; infrared sensor; GPS

目前，利用現(xiàn)代科技輔助盲人出行的導(dǎo)盲系統(tǒng)發(fā)展迅速，主流的導(dǎo)盲系統(tǒng)包括智能導(dǎo)盲杖、穿戴式導(dǎo)盲設(shè)備、手持式導(dǎo)盲設(shè)備、基于智能終端的導(dǎo)盲系統(tǒng)、移動(dòng)式導(dǎo)盲機(jī)器人等[1，2]。不同導(dǎo)盲設(shè)備一般包括障礙物檢測(cè)等、GPS定位、危險(xiǎn)預(yù)警、語音信息提示等功能[3]，其中GPS定位、超聲波測(cè)距、紅外線檢測(cè)以其精度高、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)廣泛用于手持式導(dǎo)盲系統(tǒng)之中[4～8]。文中設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲系統(tǒng)即采用GPS模塊、超聲波測(cè)距模塊、紅外檢測(cè)模塊、聲音預(yù)警模塊、液晶顯示模塊等實(shí)現(xiàn)了手持式導(dǎo)盲設(shè)備的基本功能，并以低成本、高精度的優(yōu)勢(shì)為相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

1 整體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)探路、避行人、定位等基本功能，本設(shè)計(jì)以Arduino UNO為主控板[9]，分別采用超聲波測(cè)距完成前方探路，并能做出聲音預(yù)警;通過紅外傳感器實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)近距離檢測(cè)障礙物或路人，避免碰撞;通過GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位等，其系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)及功能簡(jiǎn)介

2.1 硬件設(shè)計(jì)

基于手持式導(dǎo)盲終端的功能需求，系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。其中前方的超聲波測(cè)距、左右兩側(cè)的紅外探測(cè)、GPS定位屬于系統(tǒng)的輸入端;液晶顯示、蜂鳴器報(bào)警則是系統(tǒng)的輸出裝置。主控器Arduino UNO的2～13號(hào)數(shù)字引腳均用于I/O數(shù)據(jù)傳送，此外GPS模塊通過串口傳輸數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)基本功能集成在一塊處理器上實(shí)現(xiàn)，降低了終端設(shè)備的成本。

系統(tǒng)選用的功能模塊與Arduino的引腳連接如表1所示：

2.2 功能簡(jiǎn)介

1）HC-SR04超聲波傳感器

HC-SR04超聲波傳感器模塊中包括VCC、trig、echo和GND四個(gè)引腳。trig引腳與主控器Arduino的8腳相連，echo引腳連接到Arduino的9腳。該模塊利用超聲波的測(cè)距原理探測(cè)前方0.1～5米的道路中是否適于盲人直行。

2）紅外傳感器檢測(cè)左右行人

紅外避障傳感器對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)性較強(qiáng)，通過紅外線發(fā)射與接收，將采集的紅外信號(hào)從Arduino的6腳及7腳送入，經(jīng)過比較器處理之后，將信號(hào)輸出到Arduino的10腳及13腳，即可檢測(cè)盲人左右兩側(cè)近距離范圍內(nèi)是否會(huì)遇到其他行人或障礙物。

3）GPS定位

ATGM336H-GPS模塊包括VCC、RX、TX、GND四個(gè)引腳，其中RX連接Arduino的14腳，TX連接Arduino的15腳。該模塊同時(shí)可以接收六個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的GNSS信號(hào)，具備高靈敏度、低成本的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)中GPS數(shù)據(jù)通過串口傳送，便于解決盲人走丟后導(dǎo)航定位問題。