洪丽芳;张枝令;王杰华;邵云峰
【摘 要】本文提出了一种低成本、便携式、高准确度的智能盲人拐杖设计方案.该盲人拐杖具有导航、扫描障碍物、求救等功能,方便了盲人出行,提高了盲人出行的安全性.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2019(000)013
【总页数】3页(P28-29,21)
【作 者】洪丽芳;张枝令;王杰华;邵云峰
【作者单位】宁德师范学院信息与机电工程学院,福建宁德,352100;宁德师范学院信息与机电工程学院,福建宁德,352100;宁德师范学院信息与机电工程学院,福建宁德,352100;宁德师范学院信息与机电工程学院,福建宁德,352100老年人建筑设计规范
【正文语种】中 文
0 引言
本文介绍的一种多功能智能盲人拐杖的实现方法，这种多功能智能盲人拐杖应用了GPS、语音功能、超声波、线性传感器以及APP等新技术，能够实现对前方障碍物实时探知报警、位置等信息的语音提示等功能。GPS功能和语音功能可规划出行的路线，引导盲人到达目的地。超声波探测障碍物，保障盲人的安全。线性传感器[1]的伸缩功能，方便盲人上下楼梯；求救功能，可在紧急情况下发送求救信号。该多功能智能盲人拐杖以AT89S51单片机[2]为核心，采用低成本、高精度、微型化硬件和软件相结合的设计方法，其设计和实现方法如下。 1 设计方案
1.1 需求分析
智能导盲拐杖是用来给盲人进行引路，应具备便利、安全等要求。
（1）GPS实时定位及自动报警。实时更新定位盲人所在的位置，当遇到危险时，发送具体位置并及时发出紧急信号。（2）超声波距离传感。为盲人检测前方行进道路上是否存在障碍物，通过震动提醒盲人注意避障。（3）语音播报，语音定位导航。利用GPS定位系统和语音输入输出系统，通过语音输入，为盲人规划最安全的行路方案，通过语音播报，导航到目的地。（4）自动伸缩变化。利用线性传感器进行高度的测试，自动调整拐杖的长度，为盲人上下楼提供安全保障。
1.2 总体架构
智能盲人拐杖主要由GPS定位导航系统、语音系统、超声波传感器、线性传感器，用户终端等模块组成。GPS定位导航[3]模块采集数据通过卫星传达给地面中心站从而精确计算出地理位置，将位置信息传达给用户终端，并经过语音系统处理进行播报，用户也可以通过语音输入位置信息，经过语音系统反馈给GPS系统，GPS系统进行定位导航并规划行路方案，在通过语音系统处理进行播报。超声波传感器是利用超声波的特性用于产生和接收超声波的器件，利用声波往返时间来测量距离，并反馈给用户终端，警示用户前方障碍物。线性传感器是利用电流产生的磁场与磁环相加形成螺旋磁场，产生瞬间扭力，使波导丝扭
动并产生张力脉冲，通过测量其实脉冲与返回支架的时间差来精确的确定被测位移量[4]。用户终端是具有GPS定位导航芯片和语音系统芯片的智能导盲拐杖，通过这两个重要芯片来实现导盲引路的功能。 图1 智能盲人拐杖总体构架图
2 硬件组成
硬件由单片机、超声波发射接收电路、线性传感器测量位移、语音模块、GPS导航等组成，控制核心是单片机。单片机在接收到超声波传感器的信息后，将传感器的信号转换为距离信息，通过语音播报或振动提示，在接收到GPS导航系统的位置信息后，通过语音播报提示。系统工作原理方框示意图如图2。
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图2 总体模块图
整个硬件包括以下几个模块：
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（1）单片机模块
单片机模块为核心模块，采用AT89S51单片机芯片来控制其他模块的运行。AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用[5]。异常数据挖掘
（2）语音播报模块
语音播报模块主要播报位置信息和警示音以及交通路线。通过语音芯片来进行对语音命令的转换。语音芯片采用SYN6288中文语言芯片，该芯片硬件接口简单、低功耗、性价比极高，同时在识别文本、数字、字符串上更智能、准确，语言合成效果也比较好。
（3）GPS定位导航模块
该模块通过GPS定位导航服务，来获取相应的地理位置信息以及信号发射。GPS芯片包含了RF射频芯片、基带芯片及微处理器的芯片组。GPS有两种定位服务：SPS和PPS，SPS是指定为民用社团使用，PPS是指定为美国核准的军方用户和选定的政府部门用户使用。
该智能导盲拐杖使用的是SPS定位服务，预测精度为：水平误差100M内，垂直误差100M内。UTC（世界统一时间）时间广播精度在340ns以内。[6]
（4）超声波传感器模块
该模块通过产生和接收超声波的时间差来测量与障碍物的具体距离，在0.5米距离范围内，及时发出警示以震动作为提醒。超声波传感器主要由如下四个部分构成。发送器:通过振子振动产生超声波并向空中幅射。接收器:振子接收到超声波时，根据超声波发生相应的机械振动，并将其转换为电能以此作为接收器的输出。控制部分:通过用集成电路控制发送器的超声波发送，并判断接收器有没有接收到信号超声波和接收到的信号大小。电源部分:超声波传感器通常采用电压为DC12V±10% 或 DC24V±10%，外部直流电源供电，经内部稳压电路供给传感器工作。
（5）线性传感器模块
该模块是通过电流产生的磁场与磁环相加形成螺旋磁场，产生瞬间扭力，使波导丝扭动并产生张力脉冲，通过测量其实脉冲与返回支架的时间差来准确的确定被测位移值。
（6）电源模块
该模块为整个系统供电，提供稳定的电源，使整个系统能够正常的工作运行。
3 功能测试
通过分别按下四个按钮，检测相应模块的功能。
（1）第一个按钮是定位系统启动键，按钮按下时可以进行语音的录入，通过语音的识别在系统里进行具体的定位和路线的规划，规划完后可以再次通过语音系统进行播报，语音信息可以通过无线或蓝牙进行传输。
（2）第二个按钮是超声波传感器启动键，按钮按下启动时对周围环境的检测，当前方半径0.5米的范围内有障碍物时，会用震动方式作为提醒信号。
（3）第三个按钮是线性传感器启动键，按钮按下时启动自动伸缩的功能，便于使用者上下楼梯。运筹与管理
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