基于STC89C51单片机的智能鞋的设计与开发

苏立鑫 王艺凝 虞佳敏 刘慧

摘 要： 随着科技的发展和生活质量的提高，人们对弱势群体的关注度越来越高，本文基于STC89C51单片机，设计了一款以太阳能供电为基础的集蓝牙、GPS定位系统、导航、语音报警系统、红外线传感器以及人工智能系统为一体的多功能盲人专用智能鞋，该智能鞋以单片机STC89C51为主控芯片，结合相关智能传感技术，实现安全出行的目的，弥补了当前市面上的盲人产品所存在的缺陷。

关键词： STC89C51;GPS定位;导航;语音;红外传感;安全

1 绪论

中国是世界上盲人最多的国家，约有一千四百多万视障人士、五百万盲人，占全世界盲人人口的18%，每年在中国约有45万人失明，意外也频频发生，由于盲人是弱势群体，且基数较大，一直是当今社会的热点话题，也是国家比较棘手的问题之一，保护弱势群体，是国家和全社会的共同职责，随着科技不断进步，人们对盲人用品功能的要求逐渐提高，让生活越来越简单方便成为了当今社会人们普遍追求的生活理念，當前市面上也出现了不少的盲人用品，但因设计功能不全面，反响不是很好。

到目前为止，国内外专家针对智能盲人用品的开发与设计进行了大量研究，如2015年姚旭禹等设计的一款集GPS定位，红外热释电传感，语音导盲为一体的盲人智能拐杖，实现避障功能，克服了传统拐杖的缺点[1];2017年韩国一家公司[2]开发了一款专门提供给盲人和视力受损的用户使用的可与手机相连的智能手表，方便了盲人用户获取信息;2002年宋建军等设计的一款结构简单、成本低的盲人过街提示器，利用扬声器的声音指导盲人过街，具有经济效益和社会效益[3];王海川等人提出了一款基于压力传感器的盲人智能鞋，该设计采用压力传感技术和信号处理技术，实现了识别盲道的功能[4];基于以上研究，本文研究的智能鞋同时从盲人出行安全和便利两个角度出发，为盲人设计了一款可以GPS定位，导航，红外线勘测障碍以及可以语音报警的盲人专用智能鞋。

2 设计概述及目的

为了有效解决这些问题，本文拟设计的智能鞋主要包括以下几个功能：

（1）蓝牙模块：设置蓝牙功能，匹配蓝牙耳机和手机，用户通过耳机得到语音指令（例如“向左”“向右”）。

（2）GPS定位系统：在外出过程中，由于家人不可能每时每刻让盲人都在自己的视线内，因此难免会出现走失这种情况，GPS定位功能能够让家人随时随地准确的了解到盲人的位置信息。该功能可以满足家人对盲人具体位置实时定位的要求，防止走失等问题。

（3）导航：由于盲人不能准确识别路况信息，因此难免会发生意外，导航功能能够让手机与产品进行蓝牙匹配，在手机中进行初始地和目的地设置，从而实现盲人通过语音指令到达目的地，并且在前进过程中过马路时或者经过公交站点时进行语音提示，避免发生意外，以及错失公交站点。

（4）语音报警系统：由于交通事故频频发生，而语音报警功能能够在盲人遇到障碍和危险时，提示盲人注意危险，从而减少交通事故。还可以识别交通灯的颜色，在盲人过马路时进行语音提示，从而达到安全保护的作用。

（5）红外线探测仪：在盲人前行的过程中，难免会遇到各种障碍阻碍通行，红外线勘测功能可以勘测十米以内的障碍，并对其大小、位置、危险性进行勘察，从而通过语音指示使盲人绕开障碍物，还可以分析交通灯的颜色并进行提示。

（6）太阳能电池：这里我们采用太阳能蓄电池，在光线充足时可以充分的进行充电并储电，这样，即使在光线不充足以及没有光照的情况下，鞋子内部设备也能够正常的运行。

3 智能鞋模块分析与设计

该智能鞋结构框图如下图所示，主要包括以下几个组成部分：

主控芯片：STC89C51。本文采用STC89C51作为主控芯片，该芯片是一款采用8051内核的系统可编程芯片，其最高工作时钟频率为80MHz，片上集成512字节RAM，具有在系统可编程特性且速度快，是高速、低功耗的新一代8051单片机。

电源设计：太阳能蓄电池供电装置。本设计在鞋内部设置太阳能供电装置，可通过太阳能为系统提供所需能源;

安全防护：GPS定位装置及导航装置;

传感器部分：红外线传感器;

报警部分：语音报警装置;

蓝牙部分：蓝牙装置。

智能鞋的结构框图

4 总结

本设计是制作一个基于STC89C51单片机的智能鞋，与传统盲人用品相比，使用方便，解放了双手，本产品在现有盲人用品基础上进一步结合传感器、太阳能供电、语音报警以及GPS定位等技术，从盲人出行安全与便利这两个角度出发，为盲人设计了一款可以GPS定位，导航，红外线勘测障碍以及可以语音报警的盲人专用智能鞋。

参考文献：

[1]姚旭禹，汤莉莉，黄思嘉.智能盲人拐杖的研究与设计[J].科技创新导报，2015（27）：61-62.

[2]韩国：专为盲人设计智能手表[J].中国残疾人，2017（6）：24-24.

[3]宋建军，陈钢，陈军.盲人过街提醒器，CN2493987[P].2002.

[4] 王海生，董学，陈小川.一种适用于盲人的智能鞋.2015.