基于MK60DN512芯片对盲人拐杖的研究

方良斌 陈辉 姜路平 谢孟宽 魏玉兰

摘 要：为了便于盲人出行，以MK60DN512芯片为核心设计一个多功能拐杖。拐杖通过模块化完成系统的设计，由蓝牙模块、超声波模块、视频模块、短信模块、GPS模块、语音提示模块等组成，实现了报警提示，盲人避障，牵导前行，短信报险等功能。经实验研究，拐杖制作成本低，设计人性化、智能化。

关键词：超声波模块；视频模块；短信模块；语音提示模块；牵导前行

1 绪论

就当前的社会发展和人文建设，对残障人士的关怀肯定是越来越突出和关注，所以盲人智能拐杖市场需求量巨大、发展前景良好。关于智能拐杖方面的研究在国内外都是较多的，在国内，大多数关于盲人智能拐杖的研究还没有一个完整的系统能将盲人拐杖的各种功能与控制系统的无缝对接，所以我们的研究在国内具有创新性[1-4]。在国外，人们基本都是依赖计算机技术与智能ETA技术，这类技术一般依赖于红外线，但这种技术具有检测范围短小和开发与实施困难的缺陷。而我们的这类产品会更容易制作与操作，具有成本小造价低的特色，我们更具有竞争性。

2 结构设计

引导拐杖的快速安装原理：牵引小车与拐杖杆间通过V型弹簧片固连在一起，由于V型弹簧片可压缩特性可以实现快速安装与拆卸的功能。拐杖杆的可伸缩原理：为降低引导拐杖的放置体积，节省空间，选用5档调节伸缩钮完成拐杖杆伸缩的功能。引导小车机构：牵引小车采取四轮支撑结构，前方的两个轮子通过可转向的舵机连接在一起，起到一个转向引导功能。两直流电机分别与两后轮相连，选用扭矩大的直流电机为引导拐杖提供前进的动力。人行横道：设有中心电磁引导线，使用的引导线为2根铜丝，铺设在人行横道中心线上，直径为0.1～1.0毫米，通有频率范围为20k±1千赫兹，电流范围为100±20毫安的交变电流。

3 控制原理

3.1 控制系统

下图为拐杖流程控制图，拐杖通过模块化完成系统的设计，由蓝牙模块、超声波模块、视频模块、短信模块、GPS模块、语音提示模块等组成，以MK60DN512芯片为核心，实现了报警提示，盲人避障，牵导前行，短信报险等功能。

主控芯片MK60DN512为32位的芯片，包含512KB的flash存儲器，128KB的运行内存，32KHZ的时钟频率；板上有8个LED灯，方便使用者调试时观察状态，5V电源供电；使用J-Link下载程序，有两种下载方式：JTAG和SWD；拥有解锁方式。

3.2 牵导循迹

拐杖牵引盲人出现偏离，一侧电感感应到磁场减弱，为了阻止磁场减弱，电感产生感应电流，通过放大电路，将感应电流放大进行反馈。通过K60芯片归一化处理，由K60芯片控制进行数据判断分析拐杖位置计算出偏差值，给出占空比为50%的PWM波反馈给舵机做出反应，使拐杖走正，保持拐杖平稳直线运行，电机能达到80转每分钟。当盲人前方1米内出现障碍物时，超声波模块会检测到进行反馈，蜂鸣器进行语音提示。

3.3 蓝牙模块

采用HC-05蓝牙模块，有两种工作方式，采用自动响应工作连接方式，另一种为命令响应工作方式。盲人走到红绿灯口，RFID模块感应，Slave-loop通过红绿灯上的远程蓝牙设备将数据返回给蓝牙模块，红灯REDLED=0拐杖停止，绿灯REDLED=1前行，有源蜂鸣器提示盲人红灯或绿灯。

3.4 短信模块

采用SIM800C模块，能完成TTS、DMTF、短信、GPRS数据的传输等功能，功率消耗低，支持3.3V和5VTTL串口，支持5V-18V的宽电压工作范围。当拐杖离开盲人超过10s后，收到K60芯片的命令，LED灯点亮，蜂鸣器会发出短促的报警声。同时拐杖上的水银开关导通电路，通过蓝牙模块向绑定的手机发动求救短信和一段TTS语音，以及通过GPS定位发送盲人的出事地点。

3.5 视频模块

拐杖上装有click的监控摄像头一体机，使用型号TR018，使用前需插入TF读卡器初始化，设置运行参数和Wi-Fi设置。焦距长度可调选用4mm，分辨率选用720P。一体机会自动拍摄盲人的情况，支持电脑和手机的实时监控，录像会传输回绑定的电脑，在电脑上查看录像回放。当拐杖报警时，设备进入布防状态，会报警拨通家人绑定的手机。

4 结论

本文描述的智能导盲拐杖基于MK60DN512芯片为核心进行研发，与传统的盲人拐杖相比，本系统的设计更人性化、智能化。通过大量实验研究，实现了综上所述功能，且性能整体稳定。尤其拐杖在牵导盲人前行方面，采用电磁传感器感应地面磁场，循迹准确。在以后，为了建设文明和谐的社会，出于对盲人的安全关心，智能导盲拐杖的发展必然会越来越智能便捷。

参考文献：

[1]刘国传，陆琳，侯明，等.智能化盲人超声拐杖的研制[J].医疗装备，2007，20（3）：1-2.

[2]梁秋艳，葛宜元，牛国玲，等.基于视觉监测的智能盲人拐杖设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2015，（4）：584-587.

[3]陈玉萍，卢先领.基于SN8P2501单片机智能导盲系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2011，07（33）：8288-8289，8306.

[4]贾丹平，王岩，王阳，等.多功能盲人智能拐杖的设计[J].电子设计工程，2016，24（14）：136-138，142.