一種智能巡航導(dǎo)盲車的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)＊

馬士佳，翟佳琪，孔殿凱，吳義春，郜晨光，王海柳，許澳華，李愛寧

一種智能巡航導(dǎo)盲車的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)＊

馬士佳1，翟佳琪1，孔殿凱1，吳義春1，郜晨光1，王海柳1，許澳華2，李愛寧1

（1.河北水利電力學(xué)院 自動化與通信工程學(xué)院，河北 滄州 061001；2.河北科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

為了有效提高盲人出行的安全性和便利性，設(shè)計(jì)了一種智能巡航導(dǎo)盲車。該導(dǎo)盲車通過利用超聲波傳感器、GPS定位系統(tǒng)、藍(lán)牙通信以及Android百度地圖SDK開發(fā)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了盲人在出行時(shí)依靠導(dǎo)盲車進(jìn)行避障、導(dǎo)航、路線規(guī)劃、語音預(yù)警等功能。經(jīng)實(shí)踐測試，該導(dǎo)盲車具有操作簡單、避障精度高的優(yōu)點(diǎn)。

導(dǎo)航；避障；GPS定位；智能小車

目前，全國盲人數(shù)量達(dá)到了600～700萬人，視力殘疾人數(shù)達(dá)到了1 263萬人。在世界各地培養(yǎng)一只導(dǎo)盲犬需要花費(fèi)大量的時(shí)間、人力、財(cái)力，這樣導(dǎo)致培養(yǎng)導(dǎo)盲犬成本較高，無法使其在大眾盲人生活中普及，針對此現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種智能巡航導(dǎo)盲車，其基于機(jī)器替代導(dǎo)盲犬，節(jié)約成本，方便盲人的出行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，智能避障小車有多種類型，但是歸納起來主要具備尋跡和避障兩種功能，而不具備導(dǎo)航功能[1-2]。針對盲人出行的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一款基于手機(jī)控制的智能巡航導(dǎo)盲車。該導(dǎo)盲車主要具備避障、導(dǎo)航、路線規(guī)劃、語音提示的功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)航避障小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主要采用了超聲波測距、GPS定位、藍(lán)牙通信、百度地圖等技術(shù)。其中，GPS定位模塊負(fù)責(zé)接收小車的實(shí)時(shí)位置信息，單片機(jī)負(fù)責(zé)對GPS模塊接收的位置信息進(jìn)行解析，并通過藍(lán)牙模塊發(fā)送到手機(jī)，手機(jī)APP根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)GPS位置信息和目標(biāo)信息進(jìn)行路線規(guī)劃，然后語音提示給盲人用戶，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲功能。超聲波測距模塊的主要功能是，小車在行進(jìn)過程中，實(shí)現(xiàn)對障礙物的測距，并自動進(jìn)行避障和語音報(bào)警提示，確保盲人用戶的行進(jìn)安全。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC90C516RD單片機(jī)

STC90C516RD單片機(jī)由宏晶科技推出，具有抗干擾強(qiáng)、功耗低、運(yùn)算速度高的特點(diǎn)，指令代碼與8051單片機(jī)兼容，機(jī)器周期可以選擇12時(shí)鐘或者6時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率低于 12 MHz時(shí)，復(fù)位引腳可直接接地。

單片機(jī)引腳圖如圖2所示。

圖2 單片機(jī)引腳圖

2.2 電機(jī)驅(qū)動電路

智能巡航導(dǎo)盲車的驅(qū)動電路模塊采用L298N專用驅(qū)動集成電路。L298N芯片具有輸出電流大、功率高的特點(diǎn)，輸出電壓最高可達(dá)50 V，可以驅(qū)動一個(gè)四相電機(jī)或驅(qū)動兩個(gè)二相電機(jī)，芯片輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，電路設(shè)計(jì)簡單，使用方便。

L289N驅(qū)動電路如圖3所示。

圖3 L289N 驅(qū)動電路

2.3 GPS導(dǎo)航模塊

GPS導(dǎo)航模塊采用UBLOX 6M GPS模塊，該模塊具有靈敏度高、體積小、功耗低、靈敏度高、定位覆蓋面大、靜態(tài)漂移小等優(yōu)點(diǎn)，常用于車載、手持設(shè)備、攝像機(jī)等移動定位系統(tǒng)。UBLOX 6M GPS模塊自帶SMA接口，可以連接各種有源天線。模塊兼容3.3 V/5 V電平，與單片機(jī)連接方便。

2.4 測距避障模塊

系統(tǒng)的測距避障模塊采用HC-SR04超聲波接近傳感器。HC-SR04的供電電壓為5 V，工作電流為15 mA，測量角度為15°，工作范圍為2～400 cm，具有體積小、精確度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

2.5 藍(lán)牙模塊

系統(tǒng)中單片機(jī)和手機(jī)之間的通信采用藍(lán)牙通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)[3]，藍(lán)牙模塊選用HC-05模塊，本模塊具有自動連接和命令響應(yīng)兩種工作模式。在命令響應(yīng)模式下，可以通過進(jìn)行AT指令配置，與單片機(jī)直接相連，實(shí)現(xiàn)透傳功能。HC-05模塊引腳圖如圖4所示。

圖4 HC-05模塊引腳圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 手機(jī)APP開發(fā)設(shè)計(jì)

基于Android Studio進(jìn)行開發(fā)，手機(jī)APP主界面如圖5所示。手機(jī)APP端主要包括以下功能模塊。

3.2 導(dǎo)盲車啟?？刂颇K

手機(jī)APP通過藍(lán)牙通信模塊向單片機(jī)發(fā)送啟停指令，控制小車的啟停。

3.3 導(dǎo)航及路線規(guī)劃模塊

本模塊采用Android百度地圖SDK開發(fā)實(shí)現(xiàn)[4]。通過在百度地圖開發(fā)者平臺上申請API Key，在系統(tǒng)APP中加入百度地圖的Android版SDK。

本模塊對通過藍(lán)牙傳來的GPS實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，實(shí)時(shí)規(guī)劃、調(diào)整行進(jìn)路線，提供導(dǎo)航功能。

圖5 系統(tǒng)APP界面

4 性能分析

智能巡航導(dǎo)盲車成品如圖6所示。

圖6 導(dǎo)盲車實(shí)物圖

經(jīng)實(shí)踐測試，通過采用課題設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲車可以有效地指引盲人出行，出行者只需一部手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)盲車的實(shí)時(shí)操控，操作簡單、精確度高。

［1］丁佳樂，黎順，康郢芮，等.基于安卓手機(jī)的多功能智能小車［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（12）：83-84，87.

［2］武斌，王琦，袁文囿，等.超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2017（12）：110-113.

［3］吳杰，王小妮，劉鵬，等.智能小車藍(lán)牙通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，34（6）：64-69，75.

［4］劉丹.基于百度地圖的多點(diǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，39（6）：359-362，365.

2095－6835（2020）20－0123－02

TN929.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.052

河北省高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題

李愛寧（1982—），男，河北武邑人，副教授，研究方向?yàn)橹悄芙K端開發(fā)設(shè)計(jì)。

〔編輯：張思楠〕