基于STC89C52單片機對智能導盲拐杖的設計

陳輝 方良斌 謝孟寬 李兵 魏玉蘭

摘 要：基于STC89C52單片機為控制研發一種智能導盲拐杖。通過藍牙無線方式與前方紅綠燈連接，語音提示前方紅綠燈情況；通過超聲波檢測前方路障，遇障語音提示。盲人發生危險時對綁定手機電腦發送求救短信、GPS定位以及實時的視頻影像。實驗證明，與前人研究相比，該系統能通過無線連接了解紅綠燈變化情況、發送實時情況，智能化程度更高。

關鍵詞：藍牙模塊；超聲波避障；視頻傳輸；短信發送；GPS定位

1 緒論

盲人作為當今社會中的一類特殊群體需要社會各界的共同幫助和關愛。中國的盲人及視力障礙者的數量達到了千萬之多，并且還在以每年45萬的數量激增。每年發生的盲人過馬路死傷不在少數，而反觀現在的盲人輔助裝置市場，普通的裝置無法安全的幫助盲人過馬路，智能一些的造價又很高，一般家庭都難以承受[12]。由此我們設計一種高效低成本的裝置，幫助和方便他們過馬路，減少他們過馬路時的擔心以及降低他們單獨外出時的風險。

2 結構設計與工作原理

主控芯片STC89C52單片機，8KB的flash，512KB的RAM，工作頻率HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E9%A2%91%E7%8E%87"＼t"https：//baike.baidu.com/item/STC89C52/_blank"范圍：0～40MHz，工作電壓：3.3V～5.5V[34]。當盲人持拐杖走斑馬線時拐杖上的4個金屬傳感器能感應到斑馬線下鋪設的鋁箔，若此時盲人走偏則感應不到鋁箔一側的金屬傳感器發出信號控制偏出一側輪子轉速加快使兩輪間形成差速完成轉彎引導的功能。當盲人發生意外致引導拐杖傾倒，倒地或脫手超過10s后，通過52單片機輸出高電平，位于拐杖底部的有源蜂鳴器會發出報警聲，連接在單片機引腳上的水銀開關內的水銀傾斜接通電路向家屬發送求救短信以及當前的GPS地址方便家屬尋找，提醒家屬可能出事，同時拐杖上的攝像頭會拍下實時場景，通過視頻傳輸模塊發送給綁定的手機和電腦。

3 控制系統

3.1 循跡系統

在人行橫道上，當盲人手持引導拐杖走偏5cm時，偏離鋁箔一側的金屬傳感器無法感應到鋁箔，單片機收到信號給PWM波控制OUT1和OUT2端（或者OUT3和OUT4端），偏離一側的直流電機轉速加快，使兩輪間產生差速達到引導功能，電機最大轉速可達80r/min，通過占空比可調速。

3.2 紅綠燈識別

RFID模塊識別盲人走到紅綠燈路口，藍牙模塊會將紅綠燈識別的情況反饋回單片機。檢測到紅燈RED_LED=0，單片機給0，拐杖停止；檢測到綠燈GREEN_LED=1，單片機給1，拐杖引導行人前進。

3.3 超聲波避障

超聲波模塊，當障礙物出現在盲人前方時，單片機向超聲波trig端發送高電平脈沖，之后捕捉echo端脈沖上升沿，捕捉到時打開定時器計時，等待捕捉echo端脈沖下升沿，捕捉到下降沿讀出計時器的時間t，盲人距離障礙物距離=（t*340（m/s）/2），當距離為1米時，接收器接收信息并將信息傳遞到蜂鳴器，蜂鳴器發出警報聲提示盲人。

3.4 報警語音系統

采用TELESKY有源蜂鳴器模塊，當盲人發生意外致引導拐杖傾倒、倒地或者脫手超過10s后，單片機給高電平，發出“滴滴滴”的報警聲，水銀開關傾倒，單片機控制的SIM800C模塊得電，發送短信息及GPS定位給家屬綁定的手機。

4 結論

本系統基于STC89C52單片機研究智能導盲拐杖，進過大量的實驗驗證，完善系統的各項功，且整體性能穩定。依靠無線傳感技術和語音提示功能，提示盲人前方紅綠燈的情況，應用超聲波模塊探障。金屬傳感器探測鋁箔，引導盲人順利通過斑馬線。利用GPS定位、短信發送和視頻傳輸模塊，當盲人出現意外時，及時向家人發送求救信息、影像視頻和地址。

參考文獻：

[1]賈丹平，王巖，王陽，等.多功能盲人智能拐杖的設計[J].電子設計工程，2016，24（14）：136138，142.

[2]梁秋艷，葛宜元，牛國玲，等.基于視覺監測的智能盲人拐杖設計[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2015，（4）：584587.

[3]陳玉萍，盧先領.基于SN8P2501單片機智能導盲系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2011，07（33）：82888289，8306.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201710347015），項目名稱：盲人過馬路輔助系統

*通訊作者：魏玉蘭（1980），女，漢族，河北邢臺人，博士，講師，主要研究方向為機器人運動及振動控制、圖像處理與模式識別。