智能導盲車設計與制作

胡澳 沈鑫 房劍飛 吳金文

【摘?要】智能導盲車是為視覺障礙者提供環境導引的輔助工具。它屬于服務機器人范疇，通過多種傳感器對周圍環境進行探測，將探測的信息反饋給視覺障礙者，幫助彌補他們視覺信息的缺失。世界上視覺障礙者數量眾多，而他們只能用60%的感覺來獲取經驗。因而設計一款實用的導盲機器人來幫助視覺障礙者是十分重要的。

【關鍵詞】智能導盲車;傳感器;

Abstract：Intelligent guide vehicle is an auxiliary tool to provide environmental guidance for people with visual impairment.It belongs to the category of service robots，through a variety of sensors to detect the surrounding environment，the information of the detection feedback to the visually impaired，help to make up for their lack of visual information.The number of people with visual disabilities in the world is large，and they can only use 60% of the feeling to gain experience.So it is very important to design a practical guide robot to help the visually impaired.

Keywords：Intelligent guide car;Sensor;

引言

來自世界衛生組織權威數據揭示，全世界視覺障礙著數量多于1.5億，盲人數量達到4500萬，我國的人口數量龐大，盲人也非常多，占據世界份額的18%。由于視覺信息的缺失，視力障礙者難以感知周圍環境，自由行走受到阻礙，使其生活自理等方面受到諸多限制。無法完全自主的行動給視覺障礙患者的平常生活帶來了較多不便和麻煩，是影響其日常生活質量的重要因素。隨著視力障礙者數量的不斷增長，社會對引導輔助工具的需求更多要求也更高，因此，對于盲人引導輔助設備的研究刻不容緩。

本文在綜述國內外現有導盲機器人的基礎上，確定了智能導盲車的總體設計方案。其中智能導盲機器人行走方式采用履帶式行走結構，驅動電機控制車體行進方向。采用單片機控制，配備超聲波傳感器、紅外傳感器等檢測環境信息，隨之將與障礙物之間的距離信息傳送至顯示屏上，并具有語音提示功能。

1.總體電路結構設計

本文所設計的智能導盲車主要是由控制模塊，傳感器模塊，電機驅動模塊，語音模塊和顯示模塊組成，其中最重要的部分是控制模塊，采用STM32F1VET6為主控芯片。電機驅動模塊采用直流減速電機和L298N電機驅動板構成，驅動信號由控制模塊輸出，傳送至L298N驅動板控制電機轉動;傳感器模塊分別采用超聲波傳感器和紅外傳感器，這兩種裝置加上舵機共同組成了傳感器模塊，實現對周邊環境的識別;語音模塊采用JQ8900-16P芯片和喇叭構成，通過控制模塊傳送的信號進行語音提示;顯示模塊則使用OLED屏作為顯示器，通過傳感器模塊所傳遞的信號，在控制模塊中進行一系列轉換，最終傳送至OLED屏中顯示當前周邊環境的信息。通過各個模塊之間相互作用來實現智能導盲車的功能。圖一為設計方案圖。

2.硬件設計

2.1控制模塊

控制模塊采用STM32F1系列芯片，STM32F1 系列產品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 處理器內核，整合增強的技術和功能，瞄準超低成本預算的應用。該系列微控制器縮短了采用 8位和16位微控制器的設備與采用32位微控制器的設備之間的性能差距，能夠在經濟型用戶終端產品上實現先進且復雜的功能。

2.2傳感器模塊

傳感器模塊主要由超聲波傳感器和紅外傳感器構成，通過超聲波和紅外傳感的相互作用，增加對周邊環境信息的準確性。

2.3電機驅動模塊

電機驅動模塊由電動機和電機驅動芯片組成，其中驅動芯片采用L298N驅動芯片，而電動機種類繁多，根據電機的結構和工作原理，又可將電機分為直流電機和交流電機。其中異步電動機具有結構簡單、制造成本低的優點，而且工作效率高，運行可靠，普遍用于各種產業。因此本文采用的電機為直流減速電機。

2.4顯示模塊

顯示屏幕種類繁多，其中OLED顯示屏是利用有機電致發光二極管制成的顯示屏。由于同時具備自發光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異之特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術。所以本文采用的顯示器為OLED屏幕。

2.5語音播報模塊

作為服務類機器人，語音播報是必不可少的環節。而本文采用的語音控制芯片為JQ8900-16P。此芯片最大的優勢在于能夠靈活的更換SPI-flash內的語音內容，省去了傳統語音芯片需要安裝，上位機更換語音的麻煩，使得產品研發和生產變得.便捷簡單。

3.軟件系統總體流程設計

3.1控制模塊的I/O地址分布

4.總結

實驗現象：按下啟動按鍵，智能導盲車發出啟動語音開始工作，當前方遇到障礙物時，及時剎車停止前進并發出前方有障礙物的語音，轉動舵機讀取機器人左右兩邊道路情況，當右邊比左邊空曠時，發出向右轉的指令并進行語音提示。相反，當左邊比右邊空曠時發出向左轉的指令并進行語音提示。當左右兩邊均無法通過，則發出掉頭的指令。當按下結束按鍵機器人停止工作并發出結束語音。

誤差分析：在前進過程中，超聲波信號傳遞存在延遲，導致不能及時剎車。解決方法是添加紅外傳感器使其與超聲波傳感器相互作用，使導盲更加精準，增加容錯率。

參考文獻：

[1]趙婭楠，許匯冬，張翠霞，馬振偉.基于Cortex的智能導盲車設計系統[J].電子世界，2018（24）：192-193.

[2]王力程，陳銳，韓旭，蘇龍霞.基于超聲波測距原理的電子導盲車設計[J].電子技術與軟件工程，2018（18）：98-99.

[3]胡琪才，陳雪麗，汪益棟，彭靜.一種可越障避障新型智能導盲推車的設計[J].電子制作，2017（15）：15-16.

[4]廖文，徐進，高瑩，劉超，劉重陽.超聲波測距導盲車關鍵技術的研究[J].計算機測量與控制，2017，25（06）：294-297.

[5]陸中宏，甄智.基于MultiFLEX2-PXA270控制器的導盲車設計[J].內燃機與配件，2016（12）：1-2.

作者簡介：

胡澳（1999—），男，漢族，河北邯鄲，學生，學士，研究方向為自動化;

沈鑫（1999—），男，漢族，江蘇鹽城，學生，學士，研究方向為自動化;

房劍飛（1991-），男，漢族，江蘇南京，教師，講師，碩士，研究方向機電一體化;

吳金文（1984-），男，漢族，江蘇南京，教師，講師，碩士，研究方向機電一體化。

基金項目：

江蘇省高等學校大學生創新訓練計劃項目智能導盲車的設計與制作，（項目編號：201913905022H）。

（作者單位：1，2，3，4南京工業大學浦江學院）