多功能電子導(dǎo)盲犬

德州學(xué)院 王林祥 王志坤 楊淞淳

1 原理與設(shè)計(jì)方案

1.1 產(chǎn)品設(shè)想及理念

導(dǎo)盲產(chǎn)品首先要做到的是安全，多功能電子導(dǎo)盲犬外形其實(shí)不是狗的模樣，它更接近遙控賽車，這樣可以保證其運(yùn)行速度可以隨盲人速度變化，履帶式設(shè)計(jì)可以讓它輕松應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜地形，如：陡坡、泥濘、路沿石、樓梯等。通過超聲探測系統(tǒng)探測前方是否存在障礙物、深坑、水池等，并實(shí)現(xiàn)障礙物距離、大小的測量。通過定位及導(dǎo)航系統(tǒng)選擇避讓路線。語音功能可以及時(shí)提醒盲人前方路況，讓盲人有心理準(zhǔn)備以便及時(shí)作出調(diào)整，紅外系統(tǒng)可及時(shí)探測周圍300米內(nèi)移動(dòng)物體，處理系統(tǒng)會(huì)計(jì)算并預(yù)測移動(dòng)路線提前規(guī)避。微型攝像頭及圖像識(shí)別器可以識(shí)別周圍紅綠燈、斑馬線、盲人線。等電子犬的GPS可以讓親人隨時(shí)注意盲人位置，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)警報(bào)系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警并像盲人親屬發(fā)送位置信息求救，小型太陽能電池板可以在其出現(xiàn)故障時(shí)提供緊急供電，用于警報(bào)發(fā)射。

1.2 設(shè)計(jì)方案

導(dǎo)盲犬的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：采用雙電機(jī)四履帶傳遞驅(qū)動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)不但可以保證運(yùn)行速度，還能使前行更加平穩(wěn)，適應(yīng)道路能力極強(qiáng)。沒有車輪的設(shè)計(jì)還可以盡可能降低產(chǎn)品重心，有效防止側(cè)翻，四履帶設(shè)計(jì)在翻越障礙物、樓梯時(shí)即使一個(gè)履帶懸空也能繼續(xù)前行。

超聲探測系統(tǒng)：超聲探測儀是一個(gè)類似于迷你雷達(dá)的裝置，通過發(fā)射和接收超聲波的方式進(jìn)行定位。一般通過壓晶片共振帶動(dòng)共振板震動(dòng)使其產(chǎn)生超聲波，利用51單片機(jī)控制使其產(chǎn)生40KHZ的方波，方波在四周發(fā)散過程中遇到障礙物會(huì)返回，當(dāng)接收器接收超聲波后，聲波會(huì)帶動(dòng)晶片振動(dòng)，將聲波的動(dòng)能信號(hào)轉(zhuǎn)化為電能信號(hào)，電信號(hào)傳遞給51單片機(jī)處理。通過聲波返回的時(shí)間間隔判斷障礙物距離。（聲波測距方法一般有兩種。（1）平穩(wěn)電壓法，（2）測脈沖寬度法。）信息傳遞給驅(qū)動(dòng)及語音系統(tǒng)，通過導(dǎo)航儀確定新的行進(jìn)路線，語音系統(tǒng)接收信息后向盲人傳遞前方障礙物通知使其提前做出調(diào)整。

紅外定位系統(tǒng)：了解到超聲導(dǎo)盲設(shè)備運(yùn)行速度較慢只能進(jìn)行小范圍的障礙測量，而且容易被吸收或受其他聲波影響。所以對(duì)其作出調(diào)整，紅外探測儀一般探測距離為0.5～300，探測速度更快、更精確，但探測距離較短，因此兩系統(tǒng)一起使用更能確保避障的準(zhǔn)確性。由于其定位的速度快，可以定位移動(dòng)單位，信息傳入微型計(jì)算機(jī)，預(yù)判移動(dòng)單位的行進(jìn)路線，從而更有效地實(shí)現(xiàn)躲避。

紅綠燈識(shí)別系統(tǒng)：該系統(tǒng)由兩部分組成：微型攝像頭和圖像識(shí)別器。微型攝像頭將收集到的圖像處理，傳遞給圖像識(shí)別器，圖像識(shí)別器將圖像信息進(jìn)行篩選，當(dāng)圖像識(shí)別器發(fā)現(xiàn)紅綠燈信息時(shí)立即對(duì)顏色進(jìn)行處理，將紅綠燈信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給51單片機(jī)。51單片機(jī)通過接受信息控制驅(qū)動(dòng)停止還是前進(jìn)，語音系統(tǒng)通知盲人前方紅綠燈信息。該系統(tǒng)同樣可以識(shí)別斑馬線、盲人線等特定線路。

GPS定位及危險(xiǎn)求救系統(tǒng)：GPS定位系統(tǒng)可以讓盲人的位置時(shí)時(shí)刻刻被親人得知，當(dāng)意外事故（如摔倒、車禍）發(fā)生時(shí)，盲人必然受到驚嚇，體內(nèi)腎上腺素大量分泌，心跳巨變。在電子導(dǎo)盲犬和盲人的連接裝置靠近人手處安有心跳測量儀器，通過檢測心跳變化判斷盲人是否發(fā)生事故，若心跳劇增則觸發(fā)報(bào)警裝置。微型計(jì)算機(jī)接收警報(bào)信息后控制藍(lán)牙連接手機(jī)報(bào)警并給盲人家屬發(fā)送定位求救。同時(shí)控制語音裝置向行人求助。

小型太陽能緊急供電系統(tǒng)：該系統(tǒng)是在電子導(dǎo)盲犬頂部的合金鋼板上安裝了GIGS太陽能電池。這種太陽能薄膜電池具有良好的穩(wěn)定性，該太陽能電池轉(zhuǎn)換率高、用材少、成本較低，可以廣泛推廣。該系統(tǒng)主要用于緊急供電，當(dāng)電池主供電線路故障時(shí)可提供緊急電源帶盲人返回并修理，而當(dāng)遇到事故主線路被毀壞無法返回修理時(shí)，該系統(tǒng)則提供電源發(fā)送警報(bào)。

1.3 運(yùn)行方案

使用時(shí)盲人拿起牽引繩套在手腕，遙控器只有兩個(gè)鍵，一號(hào)鍵和二號(hào)鍵。按下一號(hào)鍵啟動(dòng)電子導(dǎo)盲犬，通過對(duì)二號(hào)鍵按壓次數(shù)通知電子導(dǎo)盲犬要去的地方，該電子導(dǎo)盲犬通過51單片機(jī)提前編程，不同的按壓次數(shù)編程為不同的地點(diǎn)。當(dāng)盲人確定想去的地方時(shí)，按壓耳號(hào)鍵，通過次數(shù)將指令輸入，電子導(dǎo)盲犬開始行動(dòng)各系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作，出門下樓。根據(jù)盲人的速度調(diào)整自己的速度，引導(dǎo)盲人躲避障礙，穿過馬路。當(dāng)盲人累了要休息時(shí)再按一號(hào)鍵停止。再次啟動(dòng)時(shí)繼續(xù)上一指令。

2 發(fā)展前景

我國視力殘疾人數(shù)高達(dá)877萬，對(duì)導(dǎo)盲產(chǎn)品需求極大，但普通導(dǎo)盲產(chǎn)品無法對(duì)盲人提供安全有效的出行，而導(dǎo)盲犬訓(xùn)練周期過長，品種要求苛刻，價(jià)格太高，無法批量生產(chǎn)。這款多功能電子導(dǎo)盲犬解決了安全性及速度慢的問題，大幅度增加了盲人的活動(dòng)范圍，如果產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)也可大大降低生產(chǎn)成本，有很大的普及性。

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