新型智能导盲拐杖的设计

2018-02-09李少辉

现代计算机 2018年1期

李少辉

（西安石油大学电子工程学院，西安 710065）

0 引言

据相关统计：中国盲人数量在800万以上，而且还以每分钟新增一例的数量增加，视障者人数高达1300万以上[1]。视力上的残缺给它们的生活带来了很大的不便，特别是出行时，经常会碰到障碍物，导致他们受伤等不安全事件的发生。虽然越来越多的城市铺设了盲道，这也在某一程度上为盲人提供了方便，但是实际中，许多盲道被车辆所占据，阻碍了盲人的交通权利[2]。同时也有相关机构培训导盲犬为盲人服务，但每条导盲犬的训练成本极高，申请者一般至少要等待3年，因此不能广泛的应用到实际生活中[3]。对此，本文设计了一款新型的导盲拐杖，整个系统由单片机、超声波模块，语音模块、光照模块、振动模块等组成，通过实现各模块的功能，使得避障功能更加智能化和自动化，降低了盲人出行被障碍物绊倒的可能性，为盲人的生活提供了很大的便利。

1 控制系统的总体设计

为了使盲人更好的躲避障碍物，本文设计了系统总体如图1的智能导盲拐杖，系统以本文设计以STC89C52单片机作为主控芯片，外接语音模块、超声波模块、光照模块、振动模块等。通过各个模块检测外界是否存在障碍物，将采集的信号送给单片机，进而单片机控制其他模块进行工作。

图1 系统总体构成框图

此拐杖应用双超声波模块，在拐杖的上部和底部各安装一个超声波模块，这样的设计能检测到类似台阶一类的障碍物，使盲人出行更加便利。当超声波模块检测到前方4米以内的地方有障碍物时，则语音模块提醒前方有障碍物,这样的设计使盲人能准确的对障碍物做出反应。当所处的环境比较嘈杂时，对语音提醒会产生影响，因此在拐杖上加了振动模块。语音提醒的同时拐杖也产生了振动，在嘈杂的环境下不会影响拐杖的功能。在光线比较暗的情况下，由光照模块发出光芒，提醒前方行人注意。本设计适合多种环境下使用，增强了拐杖的智能化、灵活性和实用性。

2 系统硬件组成和设计

为了使导盲拐杖达到为盲人提供便利的目标，需要设计了以下模块电路：电源模块，超声波模块、光照模块、振动模块和语音模块。本系统的电源模块采用9V电池经过降压模块降压成5V为系统供电。电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。并且电池的体积小，在手杖上使用也极为方便，因此此方案能满足系统要求。超声波模块采用HC-SR04超声波模块，此模块测试距离可以达到4m，而且测距精度高达3mm[4]。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路，工作时通过发射器发射信号，当信号遇到障碍物时信号返回，接收电路则接收返回信号。通过整个过程的时间和声波的速度计算出测试的距离，从而达到测距的目的。系统的语音芯片采用WT588D语音传感器，此传感器操作简单，将语音信息下载到SPI-Flash上即可。软件操作简单易懂撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间，完全支持在线下载[5]。本系统采用BH1750FVI环境光强度传感器集成电路作为在夜晚拐杖上的光照装置。此传感器可以探测较大范围的光照变化，并且受到红外线的影响小，符合本系统的要求。

整个系统利用超声波模块和光照模块产生检测信号，信号经过单片机输入口传给单片机，单片机经过数据分析从引脚输出相应控制信号给语音模块和振动模块，实现系统相应的功能，从而达到避障的作用。整个硬件原理图设计如图2所示。

3 系统的软件的设计

本智能盲人拐杖的系统软件如图3所示，首先系统对各个模块进行初始化设置，然后判断前方是否有障碍物，若判断前方无障碍物，则回到初始化。若判断前方有障碍物，则单片机驱动语音模块发出语音提醒，振动模块产生振动。接着判断实际光照是否小于50LUX，如果实际光照小于50LUX，则发光二极管发出光芒，可提醒前方此处有人在行走，注意避让。若光照大于50LUX，则程序返回。