多方向紅外測距智能導盲求救手環

文/吳雪 王華力 唐玲

1 我國盲人現狀

我國是世界上盲人最多的國家，約有900萬視力殘疾者。占全世界盲人總數的15 左右，每年新增盲人45 萬，即約每分鐘增加一人。并且調查顯示：盲道的建設，變成了一種奇怪意義上的面子工程。

2 盲人主要出行方式分析

目前的導盲方式主要有三種：

（1）傳統手杖指引；

（2）使用導盲犬；

（3）使用導盲科技產品。

傳統的拐杖大多用自然材質比如竹，木制成，符合傳統的人因工程學造型，但是其缺點眾多，比如功能單一，只能通過聲音與觸覺感知地面，感知范圍小。傳統的盲道也非常干擾阻礙盲人通行。且其易被侵占，致使盲人無法通行。導盲犬的培訓周期長，并且花費極高，一般家庭很難負擔，同時存在導盲犬限制進入的問題。而目前市面導盲工具功能單一，不具智能化一體的特性，體積大，重量大。因此，開發一款廉價，智能，精確，輕便的導盲手環對于盲人的工作和生活意義重大。

3 國內外研究現狀和發展動態

國內目前的導盲輔具主要是導盲手杖。隨著近幾年科技的快速發展。這種落后的導盲工具已經無法滿足現代人生活的需要。目前國內外在導盲輔具方面取得得研究開發成果簡單的可以總結為以下幾類：

（1）超聲波導盲儀器；

（2）移動式導盲機器人；

（3）導引式的導盲手杖。

超聲波導盲儀障礙物識別范圍非常有限，移動式機器人機械結構復雜，受制于地形因素，開發高成本。并且當前的這些產品的功能普遍單一，不便于攜帶。只能在一個方向上進行測距導盲。不具智能化一體，便于攜帶的特性

就發展動態而言，當今時代是互聯網+的時代，通過手機網絡就能定位盲人當前的地理位置信息，危險時，向最近的醫院和警局發出求救信息。將會使盲人的出行安全得到更多的保障。導盲產品的智能一體化將會是一種必然的發展趨勢。

4 主要研究內容

4.1 紅外線測距傳感器

紅外線測距傳感器利用的是發射管不間斷發出的調制紅外光遇到障礙物的距離不相同，反射回來的光強度也不同的原理。當發出的紅外光遇到障礙物反射回來時，經紅外測距模塊連接的A/D 轉換模塊將模擬信號變為數字信號，引起STM32 單片機I/O 口電平跳變。

這種方法依靠的是反射光的強度，目標物體表面的反射率帶來的干擾微乎其微。灰體為生活中常見物體，經過系統對黑白灰三種障礙物避障測試，避障精準可靠。

4.2 GPRS通信

GPRS（通信分組無線業務）具備實時在線功能，可以看做現有GSM 電路交換系統的業務擴充，并且比GSM 網絡的安全性更高。GPRS 的理論帶寬可達171.2kb/s，數據傳輸速率達到了160kb/s。發送:接收到特殊指令→串口函數向A6 模塊發送多個AT 查詢指令→檢測A6 正常工作否→設置短信PDU 編碼為中文格式→設置發送對象的手機號碼→設置短信內容→發送成功。GPRS 和STM32 連在一起，接收:盲人按下求助按鈕→ STM32 發送消息→短信PDU 解碼→ 發送成功→ GPRS 模塊振動提示。

4.3 輔助功能

手環服帖手部，以手臂自然下垂正對方向為正前方向。進行前后左右全方位智能測距導盲。在障礙物距離少于0.5 米時自動通過藍牙耳機發出語音提示。設置光傳感器，在夜間光線暗的地方，手環自動照明，避免盲人使用者被其他人撞到，引起他人注意。外加GPS 智能報警求救定位系統。在發生意外時，發出報警求救信息，更好的保障盲人使用者的生命安全。

4.4 系統測試

我們通過模擬盲人行走情景搭建的實驗裝置，來測試系統避障的可靠性，將收集到的數據來分析手環對黑白灰三色障礙物的避障可靠性和發散角大小。在設置避障距離為0.5m時，隨系統測試次數的增加，實際避障距離保持在50-57cm 之間，正常人的步行速度為約1m/s，反應時間約為0.15 至0.4s，使用者避開障礙物時間足夠。由于生活中常見物體多為灰體，我們通過大量的系統測試后，進行數據整理后得出結論：對于灰體，系統避障的發散角為上下為21 度，左右為12 度；當紅外測距傳感器探測到障礙物的距離低于預設距離時，手環立刻震動提醒使用者避開障礙物。

5 設計方案與創新點

圖1

如圖1所示。

（1）本項目突破導盲工具的局限，實現多功能一體化。

（2）導盲更加全面，紅外多方位測距導盲系統，全方位獲取周圍的障礙物信息。信息反饋速度更快，更精確。

（3）手機聯網GPS 定位系統和智能報警求救系統，光感智能標識，利于夜間和昏暗光線條件下，最大化的保證了盲人出行的生命安全。

（4）手環設計更符合現代人的審美和生活觀念。