基于單片機的智能導盲杖的研究與設計

張旭 李姿 任興寶

沈陽工學院

基于單片機的智能導盲杖的研究與設計

張旭 李姿 任興寶

沈陽工學院

隨著現代社會的飛速發展，現代的交通水平日益發達，對于視覺障礙者來說出行越來越困難。為了改善盲人的出行條件，增強其社會適應能力，設計超聲波技術的導盲杖具有重要的現實意義和應用價值。

單片機 導盲杖 超聲波

1 設計背景

隨著信息化和數字化的發展，現在社會中人們的生活變得更加豐富多彩，生活更加便利。但是有一種人群卻不容忽視，社會上形形色色、豐富多彩的事物與他們無緣的，他們就是盲人。盲人在現實生活中的困難與心理上的痛苦是可想而知的。他們的衣食住行存在諸多不便，而在出行與人際交往中遇到的困難更加突出。目前，市場上的導盲工具主要是導盲犬和導盲杖，導盲犬的培訓過程長達18個月，綜合費用達2.5～3萬美元，如此昂貴的價格不是普通用戶能承擔的。導盲杖的短距離感知障礙物也對于當前的交通情況所不容樂觀。因此建立超聲波技術的導盲杖設計，使盲人或視覺障礙人士的出行更加便利，適應社會生活能力增強，具有重要的現實意義和應用價值。

2 系統硬件設計

此系統針對于盲人和有視覺障礙的殘障人士所設計，通過超聲波測距傳感器來實現實時對人體（導盲杖）對物體距離的測量，并將測量數據送入微處理器，并通過處理器設定的限制實時提醒使用人員當前與障礙物的距離。

本系統以STC89C52RC芯片為核心，硬件設計主要包括電源、單片機控制系統、超聲波測距模塊、時鐘模塊、按鍵模塊、語音播報模塊和震動模塊等模塊。其系統設計框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2.1 單片機最小系統

本系統采用STC89C52RC單片機為系統的核心控制器。單片機最小系統包括單片機芯片、復位電路和晶振電路，單片機內部采用11.0592MHz時鐘頻率，通過軟件構成系統時鐘。

2.2 測距模塊

本系統采用2個超聲測距模塊作為系統的距離檢測傳感器，將這兩個傳感器分別放置在導盲杖的中部和底部分別檢測前方不同高度的實時距離。當檢測到的任何一個距離小于系統設定的最小距離，系統都會報警提示持杖人的前方有障礙。

2.3 語音播報模塊和震動模塊

本系統在報警設置時考慮到了持杖人所處的環境，所以本系統設置了同步的語音播報和震動報警，這樣可以使使用者確定的接收到系統的報警，提高了導盲杖的使用準確性，也同時保證了使用的安全系數。

2.4 時鐘模塊

系統為了使持杖者方便，設計了實時播報時間的功能。系統中采用了DS1302實現了對當前時間的準確計時。時鐘模塊電路圖如圖2所示。電路中利用32.768KHz晶振維持系統時鐘的頻率。

圖2 時鐘模塊電路原理圖

3 系統軟件設計

系統軟件設計中使用C語言進行編程，其具有簡潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數據處理能力強等優點。通過設計軟件流程圖，分析系統功能，經軟件調試無誤后植入單片機系統中，實現信號的采集與處理、報警等功能。

4 結論

本系統開發了一套集傳感器數據采集、微處理器自動處理和執行機構的系統裝置。本系統涉及電子信息、微計算機控制系統等先進技術，多學科相互交叉融合，從而實現了導盲杖的多種功能，更加適用于盲人或有視覺障礙的人使用。

[1]李群芳.單片機微型計算機與接口技術[M].北京:電子工業出版社,2001

[2]蘭羽.具有溫度補償功能的超聲波測距系統設計[J].電子測量技術,2013,02

[3]張波.基于STC89C51單片機超聲波測距系統的設計[J].機床與液壓,2010,18

李姿（通訊作者）（1982-），女，遼寧沈陽人，講師，碩士研究生，現主要從事電氣工程及其自動化方面的相關教學工作。

張旭（1995-），男，漢族，遼寧沈陽人，沈陽工學院信息與控制學院學生，自動化專業，研究方向：超聲波測距。