基于Android的多功能智能手杖的研究与设计

孙铠彬　邹易君　龙玲

摘要：為了帮助老年人和残障人士正常出行，我们研究了一款基于Android平台的多功能智能手杖，该手杖具有夜间警示、超声波避障、语音输入、GSM和GPS导航等功能。

关键词：Android;夜间警示;超声波避障;语音识别;GPS导航

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0165-01

0 引言

在高速发展的今天，很多老年人与残障人士无法自主寻找道路路线，给日常生活带来了较大的困扰[1]。而目前市面上的手杖大多功能较为简单，所以我们便开发了一款基于Android的多功能智能手杖，其具有夜间警示、超声波避障、语音输入、GSM和GPS导航等功能，可以有效地改善老年人与各类残障人士的出行问题。

1 系统整体设计

本设计实现的功能：由用户语音输入目的地点，语音识别部分识别后回调并返回执行结果，再将信息传输给Android嵌入式操作平台，通过GPS模块实时获取老年人当前位置和目的地位置的信息，并根据信息调用嵌入到Android系统开发平台上的百度地图进行处理，实现实时导航。

在实时导航的过程中，当视力较弱的老年人或盲人使用者前方有障碍物，且小于我们设定的安全距离时，超声波模块将会发出声音，以及时避让[2]。当使用者遇到突发情况时，可通过按键控制GSM模块发送设置好的短信，并拨打指定的手机号码。同时，当环境光线较暗的情况下，夜间警示模块会使警示灯亮起，警示周围人注意避让，以保护老年人的出行安全。

本设计采用在Cortex.A9微处理器平台嵌入Android 系统，将语音识别模块返回的信息转化为地图中的目的地信息，再利用百度地图的开源代码，实现导航的功能。系统结构框架图如图1。

2 Android嵌入式操作平台的搭建

由于Cortex.A9架构的双核处理器在计算能力以及二级缓存方面相较于Cortex.A8具备明显的优势[3]。所以，本设计选择corte.A9微处理器平台为核心。

搭建开发平台的目的是给Android提供开发环境，以实现对安卓底层文件的添加与修改，使之具备我们所需要的功能。开发环境需要在特定的系统上运行，常用的有Linux、Fedora、Ubuntu等，而安装这些系统需要使用虚拟机，常用的虚拟机有VMware12。虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。此设计使用的是VMware12，因其使用广泛，资料丰富，不容易出错。

3 GPS导航功能的设计

此智能手杖的导航功能是利用百度地图的开源代码，在Android操作平台上进行二次开发，再利用Android操作系统调用运性。在（http：//lbsyun.baidu.com/apiconsole/key）百度地图开放平台，获取百度地图移动版的开发密钥。注册完成以后下载相关的SDK并添加权限，添加百度注册访问应用（AK）码，再添加源代码文件到libs文件，完成以上操作即可弹出你所在的详细地址。其次，GPS模块的实时定位是利用全球卫星进行定位，主要包括接收模块和数据解析模块，实现老年人在行走过程中的实时定位[2]。最后，通过语音识别输入目的地，就可以规划出行走路线并进行导航了。

4 语音识别的设计

目前市面上使用的语音芯片有LD3320。其次就是发展迅猛的科大讯飞官网的语音识别系统，它具有讯飞开放平台，可供使用者开发。本设计选用科大讯飞语音识别系统来实现语音识别功能。首先，需要在科大讯飞官网开发者专区中注册用户，并申请Appid相关的应用信息，以获取该平台的开发资源[3]。然后在官网下载的Android SDK压缩包中libs目录下所有子文件拷贝至Android工程的libs目录下。其次，声明好相应的用户权限，即在工程 AndroidManifest.xml文件中添加权限。最后，必须创建语音配置对象即进行初始化，这样才能使用MSC的各项服务功能。

5 超声波避障和GSM打电话功能的设计

该部分的功能用STC89C51系列单片机实现。GSM模块和51单片机由串口进行通讯，利用拨打电话和挂断电话的函数实现功能。超声波模块（HC-SR04）避障的原理：通过将实际测量与障碍物之间的距离和我们在程序中设定的安全距离作比较，如果小于了安全距离，就会触发蜂鸣器发出声音，且距离障碍物越近，声音会越大。如果远离了障碍物，蜂鸣器就会停止。

6 夜间警示功能的设计

该部分由光敏传感器，放大电路和继电器构成。其工作原理：当光敏传感器感知到手杖处于光线较暗的环境时，电阻值增大，线路中的电流会减小，使继电器闭合，警示灯亮起，以提醒过往路人，防止车或人撞到使用者。同理，当使用者周围环境光线较强时，电阻值较小，电流较大，继电器会返回，处于断开状态，警示灯灭。

7 结语

整体而言，该基于Android的多功能智能手杖具有灵敏度高，操作方便等特点。可以作为智能手杖满足老年人的日常出常需求，有很强的实用性，可以为老年人和残障人士的出行起到指导作用。

参考文献

[1] 申秋红.我国人口老龄化现状及对策研究[J].科技创新与生产力，2014（7）：1-4.

[2] 黎文炎，段淑玉.基于GPS&GSM及超声波测距的智能导盲手杖设计[J].电脑知识与技术，2017（35）：22.

[3] 黄毓芯.一款多功能智能手杖的设计与研究[M].华侨大学，2015.

Research and Design of Multifunctional Smart Cane Based on Android

SUN Kai-bin，ZOU Yi-jun

（College of Electrical and Information Engineering， Southwest University for Nationalities， Chengdu  Sichuan  610225）

Abstract：To help older people and disabled to walk out， we have developed a multi-functional smart cane based on the Android platform with night warning， ultrasonic obstacle avoidance， voice input， GSM and GPS navigation and other functions.

Key words：Android;ultrasonic obstacle avoidance;speech recognition