可穿戴式微功耗智能導(dǎo)盲器的研究與設(shè)計(jì)

和雷濤　薛蕊　王新田　劉樹濤

摘 要：設(shè)計(jì)一款基于可穿戴技術(shù)的微功耗智能導(dǎo)盲器，該系統(tǒng)主要由微處理器、傳感器模塊和無(wú)線傳輸模塊等部分組成。利用智能GPS模塊、電子地圖、語(yǔ)音播報(bào)、通訊模塊等功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)收發(fā)位置數(shù)據(jù)、定位導(dǎo)航、障礙檢測(cè)和一鍵求救等功能;通過微處理器計(jì)算導(dǎo)航線路并轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音信息，實(shí)現(xiàn)盲人自主出行的目的;利用腳部的觸覺來感知安裝在鞋子底部不同位置馬達(dá)的震動(dòng)來提示使用者，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航;該系統(tǒng)可使盲人解放雙手，增加出行安全性。

關(guān)鍵詞：可穿戴;導(dǎo)盲器;低功耗;模塊化;人工智能

1 緒論

眼睛是心里的窗戶，是人類了解、感知世界的窗口。但社會(huì)上有一類特殊群體——盲人，他們需要社會(huì)給予更多的關(guān)懷和幫助，使他們能夠更好的獨(dú)立生活。行走對(duì)正常人來說是再普通不過的事情，但是對(duì)他們來說，如何安全行走生便成了生活中最大的問題。為了解決這個(gè)問題人們?cè)O(shè)計(jì)出多種導(dǎo)盲裝置，如傳統(tǒng)的盲杖、探知前方障礙物的盲人眼鏡。他們都存在一定的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。而國(guó)外研制的盲人導(dǎo)航系統(tǒng)價(jià)格昂貴不適合普通大眾使用。

基于以上缺點(diǎn)，我們根據(jù)盲人行走過程中會(huì)遇到的各種問題進(jìn)行了大量的分析和研究，就如何提高導(dǎo)盲裝置的準(zhǔn)確性、智能性、便攜性這些問題提出構(gòu)思，我們?cè)O(shè)計(jì)出了這款可穿戴式微功耗智能導(dǎo)盲器。

2 設(shè)計(jì)方案

通過對(duì)市面上導(dǎo)盲器情況的調(diào)查、研究和分析，結(jié)合實(shí)際，我們提出了以下設(shè)計(jì)方案：

（1）系統(tǒng)整體硬件電路、通訊模塊、語(yǔ)言播報(bào)模塊的設(shè)計(jì)。

（2）鑒于移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（3）系統(tǒng)軟件各子程序設(shè)計(jì)。

3 可穿戴式微功耗智能導(dǎo)盲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我們對(duì)于市場(chǎng)上的導(dǎo)盲器進(jìn)行了解，可主要分為以下幾類：手杖類、可穿戴式、移動(dòng)式導(dǎo)盲器。通過資料的查找和市場(chǎng)調(diào)查，人們對(duì)可穿戴式的導(dǎo)盲設(shè)備更加青睞。因此我們做出如下設(shè)計(jì)：將日常所穿的鞋子作為智能導(dǎo)盲系統(tǒng)的裝載設(shè)備，基于可穿戴技術(shù)并配合智能手機(jī)使用，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲功能。將系統(tǒng)安裝在鞋子的底部空間中，主要由微處理器、震動(dòng)裝置、傳感器模塊、藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊、壓電式轉(zhuǎn)換器和電源模塊等部分組成。該系統(tǒng)利用藍(lán)牙連接智能手機(jī)，利用手機(jī)中的GPS模塊、電子地圖、語(yǔ)音播報(bào)、藍(lán)牙通訊模塊等功能實(shí)時(shí)收發(fā)位置數(shù)據(jù)，通過微處理器計(jì)算導(dǎo)航線路，并轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音信息，利用藍(lán)牙耳機(jī)播報(bào)給盲人實(shí)現(xiàn)自主出行的目的。鞋子前端設(shè)有超聲波傳感器，用來檢測(cè)前進(jìn)方向道路上的障礙物，并根據(jù)障礙物的遠(yuǎn)近，將位置信息通過震動(dòng)裝置傳遞給盲人，達(dá)到避障效果，也可將障礙物的距離轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音信號(hào)播報(bào)給盲人，配合利用腳部的觸覺來感知安裝在鞋子底部不同位置的震動(dòng)馬達(dá)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)不同方向上障礙物的檢測(cè)和出行路線的引導(dǎo)。

人體本身都具有取之不盡的充沛能量。呼吸、人體熱能、血壓、手臂和手指運(yùn)動(dòng)、行走時(shí)足部壓力等均能產(chǎn)生能量，分別在幾毫瓦至幾十瓦不等，其中足部產(chǎn)生的壓力能量最大，可達(dá)67W，又因人行走時(shí)足部動(dòng)作比較規(guī)則，有利于能量收集。該課題研究了一種壓電式轉(zhuǎn)換器，將壓力產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能，可以成為系統(tǒng)中部分模塊供電、提供能量的有益補(bǔ)充，降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。反演動(dòng)作的同步及運(yùn)動(dòng)位置的精確控制，還需進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

我們?cè)O(shè)計(jì)的這款可穿戴式微功耗智能導(dǎo)盲器利用可穿戴技術(shù)徹底解放使用者的雙手，超聲波探頭配合馬達(dá)雙重保證出行安全，配合智能手機(jī)使用，同時(shí)兼具通訊功能和危險(xiǎn)時(shí)刻的求助功能，也可在手機(jī)上語(yǔ)言設(shè)定好出行路徑，通過藍(lán)牙耳機(jī)進(jìn)行語(yǔ)言導(dǎo)航，解決了盲人自主出行的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]洪菲.基于RFID射頻識(shí)別的室內(nèi)導(dǎo)盲系統(tǒng)的研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2009.