一種多功能智能盲人用拐杖的設(shè)計(jì)

惠洋洋 張斌 王保山 劉奧麗 張謙信 蘇科

[摘要]隨著社會(huì)的發(fā)展，電子設(shè)備使用頻率的增加，國(guó)民視力逐漸走低，盲人逐年增加，開(kāi)發(fā)智能拐杖對(duì)提高盲人幸福感十分重要。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)協(xié)同模塊化組件構(gòu)成智能拐杖。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī) GPS 超聲波測(cè)距 智能拐杖

在中國(guó)大約有650萬(wàn)盲人，是世界上盲人人口最多的國(guó)家，導(dǎo)盲手杖作為目前盲人最普遍的工具，將其進(jìn)行研發(fā)與升級(jí)是十分必要的。由于他們看不見(jiàn)，行動(dòng)很不方便，出行時(shí)會(huì)遇到諸多問(wèn)題。現(xiàn)在市場(chǎng)上盲人所使用的拐杖大多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而功能單一，大多只有掃清障礙物的功能，而無(wú)法判斷前方路況，以及危險(xiǎn)。比如前方有懸空式障礙物，傳統(tǒng)拐杖無(wú)法有效探測(cè)。如果盲人出行迷路返途將會(huì)是一件非常困難的事情，家屬無(wú)法準(zhǔn)確定位其準(zhǔn)確位置。給盲人群體帶來(lái)諸多不便。為解決以上問(wèn)題，本設(shè)計(jì)集成了GPS、語(yǔ)音通話(huà)、SOS、娛樂(lè)設(shè)施模塊、警示用燈等模塊，不僅僅提高了使用者的便利性，同時(shí)也做到警示旁人的作用，多維度為盲人朋友創(chuàng)造更安全的外在環(huán)境。并且大幅度提高出行效率。在傳統(tǒng)拐杖基礎(chǔ)上添加LED照明設(shè)備，對(duì)周?chē)鸬骄咀饔谩Ｍ瑫r(shí)MP3、FM電臺(tái)等娛樂(lè)設(shè)備的添加，進(jìn)一步提高盲人出行娛樂(lè)質(zhì)量。先進(jìn)的智能導(dǎo)航模塊會(huì)及時(shí)提供周?chē)蛷d、衛(wèi)生間、休息區(qū)等信息。該設(shè)計(jì)功能齊全、操作簡(jiǎn)單、成本較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

1設(shè)計(jì)思路

多功能GPS自動(dòng)定位超聲探測(cè)可拆卸智能拐杖，主要利用單片機(jī)技術(shù)，搭載先進(jìn)GPS導(dǎo)航模塊，超聲波立體避障模塊，語(yǔ)音提示模塊為一體。在拐杖頭部有LED警示燈和揚(yáng)聲器，通過(guò)把手按鈕可以精確得到地理信息。內(nèi)部搭載的蜂鳴器將對(duì)1.5米內(nèi)障礙物進(jìn)行報(bào)警，并且隨著距離靠近聲音會(huì)逐漸急促。選擇過(guò)馬路時(shí)候可以手動(dòng)打開(kāi)報(bào)警系統(tǒng)起到警示作用。

1.1超聲波模塊

以單片機(jī)IAP 15F 2K 61S2為主控件，H C-SR 04超聲波測(cè)距模塊可提供2CM-400CM的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3MM;模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

1.2GPS導(dǎo)航模塊與定位模塊

采用先進(jìn)的GPS定位器，定位精度控制在1M之內(nèi)。路況實(shí)時(shí)更新，準(zhǔn)確切換安全道路。在無(wú)多個(gè)電源時(shí)也可共用一個(gè)電源，但要保證電源的功率足夠大，在模塊電源處增加濾波電容，減輕紋波。

1.3語(yǔ)音模塊

由于智能拐杖適用于盲人，需利用語(yǔ)音提示來(lái)進(jìn)行信息的輸出。模塊由SX 6288A、S PI F L ASH、音頻功放芯片三部分組成。S X 6288A模塊可直接驅(qū)動(dòng)0.5W8R或者3W 4R的喇叭，自帶了D類(lèi)放大電路由于大部分品牌的S PI F L ASH的供電電壓不超過(guò)4V，本系統(tǒng)特增加穩(wěn)壓電路。最終方案是做出一個(gè)以普通盲人拐杖為基礎(chǔ)，加上測(cè)障避障裝置，手機(jī)通訊裝置，GPS定位裝置，語(yǔ)音識(shí)別及語(yǔ)音播報(bào)裝置。通過(guò)上述一系列裝置制成的多功能智能盲人拐杖助手，對(duì)于盲人的出行安全有極大的保障，讓盲人的出行不再成為一個(gè)困難的事情。

1.4led點(diǎn)陣模塊

在給盲人本身提供了便利之外，我們期待從另一維度給盲人再創(chuàng)造新的空間，通過(guò)led燈源給予旁人以提示作用。模塊由MAX7219組成，是一種集成化的顯示驅(qū)動(dòng)器，可直接與單片機(jī)接口連接，用戶(hù)能方便修改其內(nèi)部參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)多位LED顯示。模塊工作電壓為5v，且支持多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)，此種選擇為以后拐杖的升級(jí)換代提供了良好的靈活性。

1.54G SIM卡模塊

為了輔以路線記錄及及時(shí)上傳數(shù)據(jù)的的要求，此模塊采用華為ME909s-821模塊，LTE 4G全頻段天線，SMA接口，線長(zhǎng)3米，工業(yè)級(jí)別4G模塊，可持續(xù)24h不間斷運(yùn)行，為拐杖的穩(wěn)定性提供了良好的支柱。

1.6FM收音機(jī)模塊

在保證基本需求的同時(shí)，娛樂(lè)性也是我們?cè)O(shè)計(jì)所追求的。TEA5767模塊由飛利浦公司生產(chǎn)，綜合效能十分優(yōu)秀的收音機(jī)模塊，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、MP4的收音機(jī)功能，TEA5767內(nèi)置了主頻高達(dá)75MHZ的數(shù)字信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)384KBPS/48KHZ的MD級(jí)高品質(zhì)MP3音樂(lè)文件回放，加上擁有一般MP3播放器難以企及的高保真回放線路（信噪比高達(dá)95DB，THD總諧波失真率<0.05%>同時(shí)非常省電。

3項(xiàng)目先進(jìn)性

3.1研究需求在前沿

現(xiàn)在已有的相似產(chǎn)品功能單一且操作繁瑣，不能服務(wù)更多的消費(fèi)群體，引發(fā)了許多問(wèn)題。我們積極尋找、發(fā)現(xiàn)、研究問(wèn)題并且總結(jié)這些問(wèn)題，有針對(duì)性的優(yōu)化方案，尋找利益的最大化是具有市場(chǎng)價(jià)值的。怎樣把多功能的、較難操作的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)便操作的產(chǎn)品是現(xiàn)在市場(chǎng)所需要的。

3.2調(diào)查方式在前沿

我們結(jié)合所學(xué)過(guò)的知識(shí)，抓住盲人、老年人及登山愛(ài)好者這些群體，從多維度了解到這些群體的需求，不局限于某一部分，對(duì)其進(jìn)行廣度和深度的調(diào)查。主要利用網(wǎng)上調(diào)查問(wèn)卷、訪問(wèn)這一群體正在使用這類(lèi)產(chǎn)品的相關(guān)人，使我們能了解更多我們新型盲人智能手杖與已有產(chǎn)品的區(qū)別及未來(lái)的發(fā)展方向，使調(diào)查結(jié)果更加具有可信度。

3.3綜合功能在前沿

傳統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品較多但功能單一、分散不夠集中，功能操作體系也在進(jìn)一步完善之中，并且市場(chǎng)價(jià)格昂貴，不能被普通的消費(fèi)群體所接受。我們團(tuán)隊(duì)致力于將目前已有功能和我們的創(chuàng)新點(diǎn)完美結(jié)合，做到功能更全面;不斷地調(diào)試和改善，做到操作更簡(jiǎn)單;改進(jìn)材質(zhì)和原料，做到更便攜、環(huán)保。