基于GPS技术的导盲拐杖设计分析

黄宏佳 李勇琪 陈亚妮

摘  要：我国的盲人数量高达600多万，盲人主要就是通过手杖、导盲犬以及他人辅助的方式出行以及进行日常生活。在城市发展以及规划过程中，随着城市布局以及道路规划的逐渐复杂，此种方式无法满足盲人的日常生活以及出行需求。重视对盲人的关注，提升盲人的生活质量是尚待解决的关键问题。而在各种技术手段的支持之下，通过这些技术手段设计智能导盲手杖，可以有效解决盲人的出行需求，有效降低各种安全隐患问题，进而合理规避因为障碍等问题而诱发的安全事故。基于此，文章主要分析了基于GPS技术的导盲拐杖设计要点，以供参考。

关键词：基于GPS技术;导盲拐杖设计;分析

中图分类号：TP274.53      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）11-0046-02

Abstract： The number of blind people in our country is as high as more than 6 million. The blind mainly travel through walking sticks， guide dogs and others， as well as in daily life， in urban development and in the process of planning. With the gradual complexity of urban layout and road planning， this way cannot meet the daily life and travel needs of blind people. Paying attention to the blind and improving the quality of life of the blind are the key problems to be solved. With the support of various technical means， the design of intelligent blind walking stick through these technical means can effectively solve the travel and walking needs of the blind， and effectively reduce all kinds of hidden safety problems and then reasonably avoid the problem of safety accidents caused by obstacles and other problems. Based on this， this paper mainly analyzes the key points of the design of blind guide crutches with GPS-based technology for reference.

Keywords： GPS-based technology; blind guide crutch design; analysis

電子导盲装置分类方式种类繁多，根据不同的方式可以分为手杖式导盲拐杖、手套式导盲拐杖、挂坠式导盲拐杖、腰带式导盲拐杖、手电筒式导盲拐杖几种类型。而在社会经济的发展过程中，在各种技术手段的支持之下，智能导盲拐杖逐渐成熟。智能导盲拐杖是一种集合了电子以及GPS技术为一体的多功能辅助类型的智能拐杖，可以辅助视力障碍者正常出行，在传统结构简单、功能单一的盲杖基础之上合理应用了电话的技术手段，更为关注其整体的便利性、价值性以及功能性，综合人机功能特征，可以有效满足视力障碍者的出行需求，此种方式更为科学、安全，具有科技、环保的特征，其具有较为显著的优势特征。

1 基于GPS技术的导盲拐杖功能特征

基于GPS技术的导盲拐杖具有较为强大的功能，可以实现GPS自主导盲、语音提示、全方位提高安全性能的优势，具有操作简单，无需试前培训的特征，在应用过程中系统电源具有可选择性，同时其高度也具有一定的可调性。

1.1 GPS自主导盲

导盲拐杖中集合了GPS的实时精准定位技术，利用在拐杖上的按钮，可以精确读出在拐杖上的地理坐标位置，可以通过超声波传感器以及红外探头的方式探测在前方两米范围中的障碍物，通过语音提示的方式达到避障的效果;也可以对左右两方1.5米范围中的障碍物实现电子振动提醒，达到躲避障碍物的效果，具有自主导盲的效果。

1.2 语音提示

通过语音播报模块，通过操作拐杖上的按钮可以语音播报地理坐标位置，可以通过语音循环的方式播报目的地的名称，在到达目的地之后就会通过语音提示已经到达。

1.3 全方位提高安全性能

利用超声波传感器以及红外探头的方式可以有效拓展探测的范围;如果在操作中，盲人高于了设定的安全阈值，则导盲拐杖就会通过语音提示的方式播报“在前方存在障碍物，请避让”等方位提示，也可以通过启动手柄位置的电子振动装置方式提示盲人减速，达到避障的效果。

1.4 操作简单，无需试前培训

通过超声波以及红外传感器可以有效探测具体的路况信息，达到避障的效果。通过GPS可以达到精确的定位，其具有一定的语音播报功能，在盲人应用过程中无需培训，可以快速牵引盲人到达目的地。

1.5 系统电源的可选择性

在导盲拐杖的系统设计过程中主要就是通过两节AA型1.5V电池或者USB接口的外接移动电源作为电源接口模式，在导盲拐杖应用中如果遇到干电池存在无电能的紧急情况，则可以应用备用的移动电源方式达到供电的效果，进而提升了设计产品的实用性与便捷性。

1.6 高度可调

导盲拐杖中设置了三节不锈钢的管伸缩，在有把手的第一节中安装了电子设备，而在第二节以及第三节中则内收缩，在每个节杆身中均存在凹槽，盲人在操作中可以根据凹槽对应的定位孔调节的效果，在应用的时候可以将另外两节收缩放置在第一节内中存放，在应用的时候要拉出另外两节中的弹簧卡钮，将其定位在定位孔中。

导盲拐杖在设计过程中主要应用AT89C52单片机作为核心的主控制器， 其主要就是超声波测距系统、语音播报系统以及红外探头系统、GPS精准定位系统等不同的模块系统。而超声波传感器其主要的作用就是检测正前方的障碍物，通过红外探头则可以有效检测在盲人左右方向存在的障碍物，导盲拐杖通过检测发现障碍的时候， 单片机则可以有效控制语音芯片，在进行实时播报障碍信息内容的时候，手柄位置的电子震动装置则就会启动。同时，在系统中融入GPS定位系统中可以获得盲人行走的具体方向，而盲人则可以利用按键触发系统语音播报，了解盲人具体的行走方向信息与内容。导盲拐杖的系统原理结构框图具体如图1所示。

2 基于GPS技术智能避障的导盲拐杖实现

2.1 智能避障導航拐杖的设计性能参数指标

智能导盲拐杖是一种自动控制产品，主要就是通过单片机进行管理，通过外围的各个功能模块实现各种功能。导盲拐杖在设计过程中通过探测传感器可以采集到环境的具体信息，将其传送给主控制模块进行统一的处理，在通过数据处理之后判断环境信息，在通过语音以及压力传感器受力作用给出一定的提示;如果在应用过程中选择了导盲拐杖的导航功能，导航系统则就会自动设计出最佳途径。对此，产品要具有良好的电子传感器，其具有响应快以及误差小等优点。相对于普通类型的导盲杖，盲人以及视力障碍者主要就是通过盲杖敲击地面回音的方式识别路况信息，而因为智能化的导盲拐杖可以利用探测技术达到自动避开障碍物的效果，可以利用传感器反馈信息。

2.2 智能避障导航拐杖的功能研发

在进行基于GPS技术的导盲拐杖设计研发过程中，主要就是以三个功能状况为主进行研发，第一种就是全功能导航状态，第二种则就是避障状态，第三种则就是运动状态。在三种不同的工作状态中可以利用导盲拐杖的转换开关实现转换操作。

在其处于导航状态中的时候，通过语音指令输入目的地点，通过导向系统分析形成便捷安全的线路，而小车则根据路线前行，使用者的导盲拐杖则就会在牵引反馈影响，施加作用力，引导使用者前行;在导盲拐杖的末端中存在的压力感应系统则可以根据导盲拐杖的具体反应作用力分析应用状态，达到控制小车速度保障其适应使用者的速度;在导航中，通过导盲拐杖车身超声波测距系统以及红外探测系统可以实时的分析具体的路况信息，了解地面起伏、地面障碍以及路口、行人等一些较为复杂的状况信息，通过导盲拐杖作用力达到合理避让的效果。

在避障状态中，关闭导航功能，小车会根据导盲拐杖末端压力感应系统分析具体的运动方向以及速度，通过控制自身运动方向与速度的方式运行，避障系统会及时反馈障碍或者在复杂路况中反馈信息，根据GPS系统反馈信息，判定应用者的具体位置，主要就是在散步等状态中应用。

在处于运动状态中，导盲拐杖的小车会根据手掌反作用力控制运动，没有导航以及避障功能，可以在熟悉的环境中达到快速移动。

3 结束语

基于GPS技术的导盲拐杖设计分析了解其具体的功能特征以及性能指标，探究了在不同运动状况之下的不同状态。基于GPS技术的导盲拐杖具有较为强大的功能，可以满足在不同环境中的不同需求，解决了传统导盲手杖功能单一的特征，可以在根本上为盲人的完全出行奠定基础。

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