基于MK60DN512芯片對盲人拐杖的研究

方良斌 陳輝 姜路平 謝孟寬 魏玉蘭

摘 要：為了便于盲人出行，以MK60DN512芯片為核心設計一個多功能拐杖。拐杖通過模塊化完成系統的設計，由藍牙模塊、超聲波模塊、視頻模塊、短信模塊、GPS模塊、語音提示模塊等組成，實現了報警提示，盲人避障，牽導前行，短信報險等功能。經實驗研究，拐杖制作成本低，設計人性化、智能化。

關鍵詞：超聲波模塊；視頻模塊；短信模塊；語音提示模塊；牽導前行

1 緒論

就當前的社會發展和人文建設，對殘障人士的關懷肯定是越來越突出和關注，所以盲人智能拐杖市場需求量巨大、發展前景良好。關于智能拐杖方面的研究在國內外都是較多的，在國內，大多數關于盲人智能拐杖的研究還沒有一個完整的系統能將盲人拐杖的各種功能與控制系統的無縫對接，所以我們的研究在國內具有創新性[1-4]。在國外，人們基本都是依賴計算機技術與智能ETA技術，這類技術一般依賴于紅外線，但這種技術具有檢測范圍短小和開發與實施困難的缺陷。而我們的這類產品會更容易制作與操作，具有成本小造價低的特色，我們更具有競爭性。

2 結構設計

引導拐杖的快速安裝原理：牽引小車與拐杖桿間通過V型彈簧片固連在一起，由于V型彈簧片可壓縮特性可以實現快速安裝與拆卸的功能。拐杖桿的可伸縮原理：為降低引導拐杖的放置體積，節省空間，選用5檔調節伸縮鈕完成拐杖桿伸縮的功能。引導小車機構：牽引小車采取四輪支撐結構，前方的兩個輪子通過可轉向的舵機連接在一起，起到一個轉向引導功能。兩直流電機分別與兩后輪相連，選用扭矩大的直流電機為引導拐杖提供前進的動力。人行橫道：設有中心電磁引導線，使用的引導線為2根銅絲，鋪設在人行橫道中心線上，直徑為0.1～1.0毫米，通有頻率范圍為20k±1千赫茲，電流范圍為100±20毫安的交變電流。

3 控制原理

3.1 控制系統

下圖為拐杖流程控制圖，拐杖通過模塊化完成系統的設計，由藍牙模塊、超聲波模塊、視頻模塊、短信模塊、GPS模塊、語音提示模塊等組成，以MK60DN512芯片為核心，實現了報警提示，盲人避障，牽導前行，短信報險等功能。

主控芯片MK60DN512為32位的芯片，包含512KB的flash存儲器，128KB的運行內存，32KHZ的時鐘頻率；板上有8個LED燈，方便使用者調試時觀察狀態，5V電源供電；使用J-Link下載程序，有兩種下載方式：JTAG和SWD；擁有解鎖方式。

3.2 牽導循跡

拐杖牽引盲人出現偏離，一側電感感應到磁場減弱，為了阻止磁場減弱，電感產生感應電流，通過放大電路，將感應電流放大進行反饋。通過K60芯片歸一化處理，由K60芯片控制進行數據判斷分析拐杖位置計算出偏差值，給出占空比為50%的PWM波反饋給舵機做出反應，使拐杖走正，保持拐杖平穩直線運行，電機能達到80轉每分鐘。當盲人前方1米內出現障礙物時，超聲波模塊會檢測到進行反饋，蜂鳴器進行語音提示。

3.3 藍牙模塊

采用HC-05藍牙模塊，有兩種工作方式，采用自動響應工作連接方式，另一種為命令響應工作方式。盲人走到紅綠燈口，RFID模塊感應，Slave-loop通過紅綠燈上的遠程藍牙設備將數據返回給藍牙模塊，紅燈REDLED=0拐杖停止，綠燈REDLED=1前行，有源蜂鳴器提示盲人紅燈或綠燈。

3.4 短信模塊

采用SIM800C模塊，能完成TTS、DMTF、短信、GPRS數據的傳輸等功能，功率消耗低，支持3.3V和5VTTL串口，支持5V-18V的寬電壓工作范圍。當拐杖離開盲人超過10s后，收到K60芯片的命令，LED燈點亮，蜂鳴器會發出短促的報警聲。同時拐杖上的水銀開關導通電路，通過藍牙模塊向綁定的手機發動求救短信和一段TTS語音，以及通過GPS定位發送盲人的出事地點。

3.5 視頻模塊

拐杖上裝有click的監控攝像頭一體機，使用型號TR018，使用前需插入TF讀卡器初始化，設置運行參數和Wi-Fi設置。焦距長度可調選用4mm，分辨率選用720P。一體機會自動拍攝盲人的情況，支持電腦和手機的實時監控，錄像會傳輸回綁定的電腦，在電腦上查看錄像回放。當拐杖報警時，設備進入布防狀態，會報警撥通家人綁定的手機。

4 結論

本文描述的智能導盲拐杖基于MK60DN512芯片為核心進行研發，與傳統的盲人拐杖相比，本系統的設計更人性化、智能化。通過大量實驗研究，實現了綜上所述功能，且性能整體穩定。尤其拐杖在牽導盲人前行方面，采用電磁傳感器感應地面磁場，循跡準確。在以后，為了建設文明和諧的社會，出于對盲人的安全關心，智能導盲拐杖的發展必然會越來越智能便捷。

參考文獻：

[1]劉國傳，陸琳，侯明，等.智能化盲人超聲拐杖的研制[J].醫療裝備，2007，20（3）：1-2.

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[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）：8288-8289，8306.

[4]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）：136-138，142.