基于STM32的多功能智能导盲杖设计*

2021-06-28崔皓然姚志强张治国熊东东

山西电子技术 2021年3期

薛毅，崔皓然，姚志强，方嵩，张治国，熊东东，王胜

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯 154000)

0 引言

盲人平常在行走时，通常会通过一根很常见的拐杖不断敲击地面来躲开前方的障碍物，但是这样的做法往往作用范围有限，不能及时提醒路人和来往车辆避让。目前广泛采用的的超声波探测技术虽然能较好的做到这一点，但是有些低洼的地面还是探测不到。所以我们采用激光雷达来解决这个问题，它会向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得障碍物的有关信息，在手杖上语音播报前方的情况。

1 多功能导盲杖的总体设计

该多功能导盲杖以STM32单片机为控制系统的核心，主要由一个主控系统以及若干模块：激光雷达模块，温度感知模块，光感应模块，语音报警模块，接收放大模块，按键控制模块等模块组成。如图1所示。

图1 导盲杖总体设计

2 硬件设计

2.1 激光雷达模块的设计

激光雷达模块[1](如图2所示)依靠STM32单片机芯片的驱动。输入信号以脉冲的方式传到单片机当中，经过单片机数字电路的处理，输出信号同样以脉冲方式传入到激光雷达当中。STM32芯片在整个设计电路中充当控制器，处理激光雷达接收的信号。在激光雷达处理接收到的信号时，我们通过电路上的设计让脉冲时间变长[2]，以便激光雷达能得到更好的负反馈。在脉冲产生电路的设计当中，我们以缩小脉冲的宽度和上升时间为原则，使整个激光测距过程所用的时间更短。

图2 激光雷达原理简图

2.2 光感应模块的设计

光感应模块首先检测光感测的强度，并确定LED红外传感器的模块是否处于待机状态并锁定。如图3所示。

在白天或强光下，光感应模块会根据感测值锁定红外线感应模块和延迟开关模块。在傍晚或光线昏暗时，光感应模块根据感测值使红外感应模块和延迟开关模块处于待机状态。此时，如果人体进入引导棒的感应范围，红外感应模块将打开并检测信号。信号触发延迟开关模块打开LED红外传感器灯。

图3 光感应电路

当盲人拄着拐杖时，他会直接向拐杖发出信号，并且灯光会在晚上自动打开。当周围有人时，灯光的亮度会升高，使其他人注意到盲人。

2.3 语音警报装置的设计[3]

嵌入式语音广播系统的硬件电路主要包括三个部分，即主控制器部分，语音合成部分和音频功率放大部分。定位机向主控制器部分发送指令，主控制器对指令进行分析并发送。通过SPI接口的文本信息，指令被发送到语音合成板，语音合成板将文本信息转换为语音信息，并将其发送到音频功率放大器电路[4]。在此期间，主控制器还将监视系统的运行，将当前系统返回到运行状态，并在紧急情况下提供语音提示。

2.4 温度感知模块的设计[5]

NTC(Negative Temperature Coefficient)是一种随温度上升时，电阻值呈指数关系减小的热敏电阻，应用广泛。本控制电路采用了NTC来控制加热并测温，使用三极管作为加热元件，通过NTC来控制通过三极管的电流，以起到控制温度的作用，温度控制通过调节电位器来控制，同时使用另一个NTC来测量当前的温度。