基于互联网技术的多功能盲人“导航杆”的设计
2021-03-11奚梦娇陈德勇段进财
李 凯，奚梦娇，陈德勇，段进财，吴 艳
(辽宁科技学院 电气与信息工程学院，辽宁 本溪 117004)
物联网(Internet of Things)是传统电信网和互联网等信息的承载体，能够使所有普通物体实现互联互通的网络。1999年，物联网的概念由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授首次提出；在我国，2009年8月，温家宝总理“感知中国”的讲话把我国物联网领域方面的研究和应用开发推向高潮。目前，物联网技术已经渗透到人们日常生活的各行各业之中，将现实世界数位化。
目前市场上大部分盲人出行能够借助的工具一般都是导盲棍或导盲犬。导盲棍简单、便宜但是只能简单探测路况；导盲犬等于盲人的眼睛，但是培训一只导盲犬成本很高，而且导盲犬服务期也不长。本设计主要目的就是利用传感器、单片机〔1〕、信息传输、图像处理等技术集导航、探测、语音播报于一身，将路况、红绿灯等信息精准传递给盲人，并且在突发情况时及时报警，为盲人出行保驾护航，实现以人为本，利用科技关爱弱势群体，让新技术更好地为人类服务。
1 系统设计方案
基于物联网的多功能盲人“导航杆”通过对地面路况和周围环境实时监测、搜集数据,然后通过“导航杆”传递给盲人，可以实现对地面的平稳度和前方障碍物、红绿灯等实时监测。为了防止外界环境的嘈杂而影响盲人收听效果，系统中专门设计了一个无线蓝牙耳机，盲人只需要打开开关将其塞进耳朵里就能实时接收路况报道：利用视频识别〔2〕与语音识别〔3〕相结合技术，准确、有效播报十字路口信号灯状况；利用视频识别技术以及温湿度传感器识别路面障碍物、路面凸凹，路面积水积雪等状况；同时导航杆的端部采用橡胶材料包裹，起到防滑、延长使用寿命等作用；在杆的中间部位有一个调节装置，可根据盲人的身高自由调节，在手柄内部设有电池盒为杆供电。
1.1 导航杆的系统功能架构图
导航杆的系统功能架构主要包括三个部分：(1)感知层：传感器、单片机；(2)传输层：Wi-Fi、蓝牙无线传输技术〔4〕；(3)应用层：数据监测终端。其系统数据处理如图1所示。
图1 数据处理流程示意图
1.2 程序代码
//TTS语音模块
char a[]={0xD5,0xCF,0xB0,0xAD,0xCE,0xEF,0xD0,0xA1,0xD3,0xDA,0xCA,0xAE,0xC0,0xE5,0xC3,0xD7};
//障碍物小于10 cm
char b[]={0xBF,0xD5,0xC6,0xF8,0xB8,0xC9,0xD4,0xEF,0xB2,0xBB,0xD2,0xD7,0xB3,0xF6,0xD0,0xD0};
//空气干燥不宜出行
char c[]={0xC6,0xF8,0xCE,0xC2,0xB9,0xFD,0xB5,0xCD,0xB2,0xBB,0xD2,0xD7,0xB3,0xF6,0xD0,0xD0};
//气温过低不宜出行
char d[]={0xB9,0xE2,0xCF,0xDF,0xB9,0xFD,0xB0,0xB5,0xC7,0xEB,0xD7,0xA2,0xD2,0xE2};
//光线过暗请注意
char e[]={0xB4,0xCB,0xB4,0xA6,0xD3,0xD0,0xBB,0xFD,0xCB,0xAE,0xC7,0xEB,0xD7,0xA2,0xD2,0xE2};
//此处有积水请注意
//土壤湿度
#define Moisture A2 //定义AO 引脚 为 IO-A2
#define DO 7 //定义DO 引脚 为 IO-7
//温湿度传感器
#include
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 2 //I/O接口
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302)
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
//定义
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
float f = dht.readTemperature(true);
//超声波传感器
volatile float dist;
float checkdistance_A1_A3() //I/O接口
{
digitalWrite(A1, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(A1, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(A1, LOW);
float distance = pulseIn(A3, HIGH) / 58.00;//超声波距离换算
delay(10);
return distance;
}
void setup(){
Serial.begin(9600);
//土壤湿度
pinMode(Moisture, INPUT);//定义A2为输入模式
pinMode(DO, INPUT);
//超声波传感器
dist = 0;
pinMode(A1, OUTPUT);//超声波测距输出口trig
pinMode(A3, INPUT);//超声波测距输入口echo
pinMode(4, OUTPUT);//蜂鸣器管脚口
//温湿度传感器
//Serial.println("DHTxx test!");
dht.begin();
//光敏传感器
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);//光敏器管脚
}
1.3 导航杆的功能设计
经过市场调研本产品具备以下功能：
(1)盲人在人行道上行走时，可能会遇到前方有人或者有一些路障，本导航杆能通过视频采集检测出突发情况并及时报警提醒用户。
(2)当道路不平稳时，本导航杆也能自动检测出来并进行语音播报提醒用户道路不平。
(3)在下雨后或者下雪后地面可能有积水或者积雪，本导航杆可通过湿度传感器检测地面湿度，并语音播报提醒用户，防止用户因踩到积水或积雪而滑倒。
(4)在夜晚时，盲人出行也很不方便，晚上太黑，很难让别人注意到盲人，本导航杆可通过光敏传感器让杆在夜晚发亮，并使盲人能在晚上被别人看到。
(5)在盲人过马路时，得注意红路灯的情况，但因为盲人看不到，本导航杆能通过颜色识别来得知红绿灯情况，再通过语音播报给用户，提醒用户过马路〔5〕。
2 智能导航杆的特点
智能导航杆以传统导航杆为依托，结合计算机技术、网络技术、传感器技术以及视频处理技术，形成多功能集一体的智能设备，与传统导航杆相比具备以下优点：
(1)廉价化：价格低，性价比高；
(2)稳定性：报警准确；
(3)智能化：检测突发情况及时报警；
(4)一旦发生意外可实现一键求助。
其基本效果如图2所示：
图2 基本效果图
3 结语
该款导航杆为盲人的日常生活提供诸多便利，让弱视、盲人的生活不再黑暗，相比市面上的导航杆本产品功能更全、性价比最优、价格更实惠，又由于该产品的设计小巧、易用等特性，使其具有很大的推广空间。
