“杖非障”智能盲杖

冯伟++王梓++郭鑫阳++秦婷

摘 要：“杖，非障”是一款功能强大的智能盲杖，外形美观。该产品集成了超声波传感器、GSM基站定位器、温度传感器及光电转换板。该“盲杖”采用太阳能电池和电源适配器混合供电，经济方便，同时也能通过向盲杖发送短信获取盲人位置，方便家人寻找。该产品是普通盲杖向智能盲杖的延伸，打破了传统盲杖的局限，不再只是单向接受盲人指令，还能进行自己判断，之后反馈给盲人。具有巨大的开发潜力。

关键词：超声波测距避障；GSM基站定位；太阳能电池供电

1 作品功能介绍

本产品具有避障、定位、太阳能充电以及语音报时功能。

1.1 避障功能

通过超声波传感器感受盲人面前的障碍物，进而发出警报声提醒盲人提前躲避障碍物，针对声速易受到温度影响的缺点，采用温度传感器对声速进行校正。

1.2 定位功能

当盲人走失时，家人可通过向盲杖发送短信获取盲人的位置以避免发生危险。

1.3 太阳能充电功能

盲杖采用太阳能电池和电源适配器混合供电，在户外使用时太阳能电池可以向锂电池供电，节约能源，闲置时可以使用电源适配器为其充电。

1.4 语音报时功能

语音报时功能不仅可以整点报时，还可以通过开关进行实时报时。

2 工作原理

本产品由超声波避障模块、GSM手机基站定位模块及太阳能电池模块组成。

2.1 超声波避障模块

在超声波避障模块中集成了89S51单片机、US100超声波测距模块和蜂鸣器。在实际使用过程中，需要向US100测距模块输入一个高电平，该系统会超声波脉冲，然后检测回波信号，同时采用温度传感器对受到温度影响的声速进行调整，并将返回的信息以高电平持续时间返回单片机。测试距离=（高电平时间*声速）/2，单片机得到距离后将其与门限距离比较，若大于门限距离则蜂鸣器发出警告。超声波时序图如图1所示。

2.2 GSM手机基站定位模块

在GSM基站定位模块中，采用三基站定位方法，具体如图2所示。

该定位方法通过三对[Position，Ti]（i=1，2，3）及由电波到达时间定位基本原理得到Ti（i=1，2，3）后，由Ti*c得出设备到基站i之间的距离Ri，然后根据几何知识建立方程组并求解，从而求得Location值。

2.3 太阳能电池模块

在太阳能电池模块中，主要通过光电转换板将光能转换成电能并储藏在内置的容量为一定额度的锂电池内。控制电路部分采用太阳能电池对锂电池专用充电管理芯片，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，同时配合锂电池DC-DC升压电路和锂电池保护电路，将内置锂电池的电能经过输出接口输出5 V电压给单片机供电。该模块的控制电路原理图如图3所示。

3 作品创新点

本作品的创新点包含如下：

（1）能对较远距离障碍物进行侦查，提醒盲人提前避障。

（2）声速在同一中介质中会受介质的物理状况影响，如温度、湿度等，虽然温度对声速的影响比较大，但也比较容易矫正。在该作品中，我们使用了温度传感器对测距结果进行矫正，成功消除了温度对测距的影响。

（3）考虑到盲人群体的经济条件以及节能环保等因素，本产品采用太阳能充电和电源充电相结合的方式。在太阳能电池板选择方面，采用柔性非晶薄膜太阳能电池板，其与传统晶硅太阳能电池板相比更轻薄、柔软可卷曲、功率输出稳定且弱光性好。

（4）为了避免盲人误入陌生街道迷路，家人无法获取盲人位置的情况出现，采用GSM手机基站定位具有定位速度快、成本低（不需要移动终端上添加额外的硬件）、耗电少、室内可用等优点，家人可通过手机短信方式获取盲人的位置，及时帮助盲人。

4 市场前景

电子技术和自动控制技术等的快速发展，引发消费类电子产品行业更新速度加快，盲人器具市场内在结构比例正在发生重大变化，传统工具的市场比重正在逐步缩小，高科技含量的智能工具蒸蒸日上。另一方面，我国每年会出现新盲人大约45万，低视力者135万，即约每分钟出现1个盲人，3个低视力患者，盲人市场需求量巨大，现代盲人外出工作学习所处环境更加复杂，需更强有力的辅助工具帮助盲人工作学习，传统盲杖已无法满足盲人对生活的需要。杖，非障具有提前帮助盲人避障，通过太阳光补充消耗的电能，避免盲人丢失，帮助盲人适应复杂的生活环境等特点，因此市场前景大好。endprint