基于自動控制理論的智能導盲杖分析及其探究

張艷天 王堃陽 弓成龍

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基于自動控制理論的智能導盲杖分析及其探究

張艷天 王堃陽 弓成龍

（沈陽理工大學）

隨著我國綜合實力的逐步發展，智能型導盲杖裝置也在在我國構建科技生活一體化的過程中也存在著巨大的發展潛力空間。筆者從多方面對智能導盲杖的自動控制系統進行了研究與分析。希望對相關科技人員與工作人員有所幫助。

自動控制；導盲杖

1.引言

自動控制過程在我國的工程行業、公益行業、軍事領域和航空航天領域都有非常廣泛的應用，對我國的國民經濟所涉及的各個行業都發揮著重要的作用。通過自動控制環節，可以有效解決相關的系統控制方面的難題，其中主要通過反饋的環節，實現自動控制循環的過程。隨著我國公益事業的日益成熟，自動控制系統在公益行業中也有較好的應用。

目前市場上已有較多的電子導盲工具,無論是傳統的導盲手杖還是電子導盲設備都存在一定的局限性。首先傳統的導盲設備不能滿足現下盲人日常生活的需求，傳統的導盲手杖不能讓盲人及時發現障礙物，且在盲人出現意外事故時，無法及時的通知家人，夜間盲人的出行更加不安全。因此市場上新型的智能導盲杖更加符合市場的需要。筆者所描述的智能新型導盲杖采用簡單的按鈕和語音提示，操作簡單。其依據自動控制理論，從而具備智能定位、語音報時、GSM 通信、GPS 定位、超聲波測距和摔倒檢測等功能。摔倒檢測功能、定位功能和通信功能相結合，當盲人出現意外時，可以及時發送地理位置短信通知家人；超聲波測障功能可以能自動檢測前方1.5米范圍內障礙物，采用提示音和震動兩種方式有效提示盲人避障；語音報時可以提醒盲人時間，同時導盲手杖還兼有夜間警示功能，通過警示燈提醒路人繞行，以保障盲人夜間出行的安全。

2.智能導盲杖中的自動控制分析

2.1智能導盲杖總體設計方案

智能導盲杖系統是以單片機最小系統為基礎，由陀螺儀，超聲波模塊，實時語音報時模塊，GPS 與 GSM 模塊，蜂鳴器，按鍵，移動電源8部分組成。單片機是整個系統的核心部分。超聲波用于檢測盲人前進路上是否有障礙物，若前方1.5米以內有障礙物，蜂鳴器響。同時，當啟動手柄震動按鈕后，隨著蜂鳴器鳴響，手柄也開始震動，這樣在喧鬧的環境下，盲人聽不到語音報警時，也可以感覺到手柄的震動報警，再次按下按鍵則關閉手柄震動功能; 當按下語音報時的按鈕時，語音播報當前的時間，精確到分，范圍為24小時任意時間;陀螺儀用于檢測盲人是否摔倒，若檢測到摔倒蜂鳴器鳴叫，若鳴響持續10秒以上，通過GPS 和 GSM向家人發送盲人的位置信息;夜間警示路人功能，在夜間時，或者燈光昏暗的環境時,盲杖上的指示燈自動亮，可以警示前方路人注意盲人的位置，注意避讓盲人。整個系統由移動電源供電，不用時可關閉開關，電量可以使用較長時間。

圖1：智能導盲杖整體設計框架

2.2智能導盲杖中的自動控制理論分析

在智能導盲杖的經緯度定位與超聲波測障礙方面，自動控制系統的作用較為突出，筆者主要介紹在智能導盲杖定位過程中對地理位置的自動控制、自動反饋環節的情況，以及超聲波如何自動檢測前面障礙的自動反饋與修正的問題。在智能導盲杖的定位過程中，主要應用閉環控制系統實現對地理位置經緯度坐標的檢測、反饋、數字化顯示等，進而實現自動更新地理位置的閉環控制系統，使得智能導盲杖的使用者所在的地理位置維持在一個以使用者為中心的相對穩定數值的圓形變化范圍內。在智能導盲杖的外觀設備原料周邊安裝地理經緯度檢測裝置，實現對使用者周邊區域的實時經緯度檢測與查詢，通過無線的傳送過程，把檢測到的經緯度信號傳送至終端控制系統，控制系統和真實的經緯度參數值進行查詢、比較，當智能導盲杖的自動控制系統發現檢測的經緯度坐標與設定的經緯度參數值不一致時，系統自動通過預先安裝的超聲波探測環節（也可以稱為執行機構），將需要前后左右移動的操作命令傳送至智能導盲杖控制終端，控制終端做出相應的答復，以紅綠燈等信息進行外在顯示，并且及時地對咱們導盲杖的經緯度坐標進行修正，這樣就實現了對經緯度檢測的反饋環節，檢測裝置再次進行經緯度檢測，然后把檢測的信息送至智能導盲杖的控制系統與遠程的聯網系統里，控制系統再次對收到的溫度信息和系統默認值進行對比，這樣周而復始，從而通過閉環控制系統實現對經緯度坐標的自動識別控制，保障了智能導盲杖的使用者的經緯度處于穩態遠程的聯網終端之中，從而確保了使用的地理位置準確性。

圖2：智能導盲杖程序工作流程圖

3.結語

隨著我國公益事業的蓬勃發展，筆者相信日后的智能型公益設備會有更好的發展，因此，筆者認為，在智能型可穿戴設備的生產過程中，如何做好對控制相關參數的自動控制、以及如何設計反饋環節，都對相關的技術方面有很高的門檻，公益性可穿戴智能設備一旦出現質量問題，將對使用者帶來極大的風險。因此，筆者簡要分析了在智能導盲杖設備中的自動控制理論的應用，希望對相關的科技生產企業單位有所幫助。

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1007-6344（2017）03-0316-01

張艷天 性別：男 出生年月：1995年10月12日 籍貫：內蒙古通遼市 學歷：沈陽理工大學自動化與電氣工程學院本科在讀 畢業院校：沈陽理工大學 研究方向：自動化

王堃陽 性別：男 出生年月：1995年11月17日 籍貫：河南省汝州市 學歷：沈陽理工大學自動化與電氣工程學院本科在讀 畢業院校：沈陽理工大學 研究方向：自動化

弓成龍 性別：男 出生年月：1995年10月06日 籍貫：遼寧省凌源市 學歷：沈陽理工大學自動化與電氣工程學院本科在讀 畢業院校：沈陽理工大學 研究方向：自動化