智能盲道系統

邱星瑞

研究背景

我的鄰居是一位盲人，經常和我訴說外出不方便，讓我深感同情。

我查閱了資料，發現我國每年新增盲人大約45萬，低視力患者135萬，即每分鐘大約就會出現1位盲人、3位低視力患者。然而，由于相關政策缺失、盲道建設不合理、國內導盲犬培訓水平有限且周期太長等，視障人士面臨著很大的出行阻力。

目前，作為城市基礎設施的一個重要部分，幾乎所有城市都修建了盲道，以便視障人士出行。然而，盲道由于被無故中斷與破壞、缺乏指示信息等，并未有效地發揮作用。

近年來，物聯網技術的不斷成熟和智能硬件的日益興起，為解決視障人士出行問題提供了新的解決思路。我們可以對視障人士常用的出行輔助工具——盲道和盲杖進行改造，通過智能設計，使其更好地解決盲人出行過程中遇到的問題。為此，我以傳統的盲道和盲杖為載體，對盲道加以改造，結合智能盲杖，設計了一款簡單而實用的視障人士出行系統，以解決視障人士的出行問題，讓他們能夠更好地融入日常生活。

研究思路

針對視障人士無法辨識道路這一問題，我利用霍爾磁性傳感器，將藍牙通信連上廣播系統（或者藍牙耳機），在盲杖底部嵌入一塊磁鐵，當途經人行道主要位置時，會激活藍牙廣播系統，提醒視障人士所處的位置和附近的主要建筑物（如醫院、超市、小區、公交站等）。盲杖上安裝超聲波和人體紅外傳感器，以鳴笛報警、手柄振動報警來彌補視障人士的視覺缺陷，提供便利的通行指示信號。

研究過程

我查閱、收集了盲道設計與使用的資料，并進行了實地察看，還訪問了路政公司、視障人士，了解了視障人士出行遇到的主要障礙，最終確定了智能盲道系統的功能。

智能盲道系統包括盲杖和盲道，兩者相互配合，實現導盲功能。盲杖包括扶手部和支撐部，兩者內部均設置有空腔。

扶手部的空腔內安裝有振動馬達，當振動馬達振動時，使用者的手部能夠較為清晰地感受到振動。設計方案中，為了使視障人士能夠依靠直接觸摸分辨出扶手部的前端和后端，可以設置為不同形狀（以支撐部為界），如直線形和曲線形、具有不同弧度的曲線形等；或將扶手部的前、后設置為不同的長度；或設計為形狀不同的表面紋路，如曲線和直線、線形和網格等；或一端加工有紋路，一端則沒有；抑或用具有不同觸摸感的材質，如金屬和木材、有機玻璃和布料、塑料和皮革等材質組合。

支撐部空腔內安裝有第一控制器和電源，最下端位置安裝有永磁鐵，永磁鐵的磁極位于其上、下兩端。支撐部的外部安裝有蜂鳴器、LED燈、無線收發模塊。第一控制器與永磁鐵、蜂鳴器、LED燈、電源、無線收發模塊、振動馬達信號連接。

支撐部上安裝有紅外傳感器和超聲波收發器，與第一控制器信號連接，用于監測道路上的行人、自行車等。當發現快速接近的行人或物體，第一控制器就會控制馬達振動以提醒用戶。

支撐部上還安裝有光線感應器，當第一控制器接收光線感應器信號，當判斷外部環境處于夜晚或低亮度時，便會打開LED燈。第一控制器依靠紅外傳感器和超聲波收發器發現快速接近的行人或物體，還將控制蜂鳴器發出提示音，同時LED燈閃爍，對行人作出提示。

盲道預埋有霍爾磁性傳感器，沿著盲道呈陣列排布。盲道的功能結構還包括第二控制器，安裝于道路旁的控制箱內。道路旁設置有揚聲器。其中，第二控制器與霍爾磁性傳感器、揚聲器信號連接。

為了保證導盲系統基礎功能的穩定性，第二控制器、霍爾磁性傳感器和揚聲器由太陽能供電。霍爾磁性傳感器的上方位置安裝軟磁材料塊，優選為取向硅鋼，上表面露出但不凸出于盲道。

當永磁鐵觸碰或接近取向硅鋼時，取向硅鋼被磁化，霍爾磁性傳感器感應到磁場變化，將信號傳遞至第二控制器，第二控制器控制揚聲器播報當前位置的相關信息，包括在當前盲道上的具體位置、周邊的主要道路、建筑物（例如醫院、公交站、超市、小區）等相關信息。

電源為可充電的鋰電池，支撐部上設置有用于接充電線路的接口。支撐部的外側還安裝有柔性太陽能電池板，與電源連接，以最大限度保證在低電量時功能的完整性。由于盲道采用太陽能供電，而盲杖采用磁鐵，用戶不必擔心因電量問題而影響其主要功能的使用。在電量消耗到最極端的條件下，磁鐵依然可以觸發霍爾磁性傳感器，得到信息反饋。

該系統還包括和盲杖相配套的遙控器，用于發送信號指令，體積小、便攜化，視障人士可隨身攜帶。當盲杖的無線收發模塊接收到遙控器發送的信號指令時，第一控制器控制蜂鳴器和LED燈工作，以提醒用戶本人或周圍的人的位置信息。

在行人道路邊安裝播放器，與盲杖對應，視障人士可以通過智能盲杖激活預留智能系統，從而了解所處位置等一系列信息。