导盲机器人

导盲机器人
摘要：本方案以达盛公司的EXP系列开发板为主控核心，通过对多个模块的控制实现导
盲功能。

使用者通过无线模块手动控制设备行走，前进的动力由自身携带。

机器人配备颜色传感器，舵机，超声波传感器等检测环境信息，并且配有语音模块提示反馈信息功能，实现盲人的需要。

关键词：导盲机器人，避障，
The Blind Guiding Robot
（wang mingliang, bai lang ,fu yinghao）
Abstract: This scheme by C8051f020 MCU as the core. Through the control of multiple
modules realize guide function. The user manual control device to walk through wireless module, carry momentum by itself. Robot equipped with color sensors, color standard sensors, color standard sensors, ultrasonic sensor detection, such as environmental information, and a voice module tips and feedback information.
Keywords: The blind guiding robot, Avoiding obstacle
1 系统设计
1.1 开发背景
据报道，中国是世界盲人数量最多的国家，约有500万人。

我国每年会出现新盲人大约45万，低视力135万，即约每分钟就会出现1个盲人，3个低视力患者。

如果不采取有力措施，到2020年我国视力残疾人数将为目前的4倍，即将达到5000余万。

对于视障人士来说如何掌握行走的方式和特性是日常生活的重要部份，他们可以依赖一定的辅助设施，80%的视力残疾人士觉得，现时所能提供的辅助设施实际上不能满足他们的活动需要，它们不能给用户提供正确的路径和躲避障碍。

几乎所有的视力残疾人士都希望有一个辅助导航设施可以让他们和正常人一样的，能确保他们在路上感觉方便和安全。

因此，发明一款适合于中国盲人的导盲机器或者行动辅具显得十分重要。

1.2 系统整体框架
1.3功能指标
1. 实现对盲道和红绿灯的检测；
2. 通过无线模块控制设备行走；
3. 通过语音模块反馈信息；
4. GPS定位；
5.遇到障碍物语音模块发出警报，引导盲人躲避障碍；
6.通过舵机旋转带动超声波模块，实现对周围环境的检测；
1.4 系统方案
1.4.1 机械运动模块
为增大接受光强度，用一个大透镜增大入射到颜色传感器感光器件上的光强，采用一个大直径LED透镜，如下图所示。

2实现原理
2.1软件流程图
软件流程图如图示2：
2.2结构模块
达盛EXP系列开发板的P0口外接8x1kΩ的上拉排阻与1602字符型液晶屏的数据线相连，P2.5、P2.6、P2.7与1602字符型液晶屏的三根控制线相连，组成系统的显示部分；P1口与16个按键开关相连，组成4×4行列式键盘；J4为RS232通信插座，一端接MAX232，一端通过串行通信电缆与电脑的串口相连，以实现单片机系统与电脑间的串行通信，单片机的串行通讯口P3.0、P3.1通过J1接至MAX232．J5、J6将单片机各管脚引出，以方便扩展使用；K17为复位开关，Dl、D2分别为复位和电源指示灯。

电路图如图1所示。

图1：EXP系列电路原理图；
2.2.1超声波模块
HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

电路图如图示10，时序图如图示2。

图2：HC-SR04超声波电路图；
2.2.2电机驱动模块
采用L289N电机驱动模块，它可以实现电机正反转并可以调速，启动性能好，可同时驱动两台直流电机，符合系统的需求。

电机驱动电路图如图示3：
图3:电机驱动电路图；
2.2.4颜色传感器模块
Gy-31 颜色传感器通过与凸透镜结合，实现对红绿灯的检测功能。

电路图如图4所示。

图4：颜色传感器模块电路图；
2.2.5无线模块
nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHz ISM频段。

内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

电路原理图如图5.
图5：nRF24L01电路图；
2.2.6 舵机模块
电机经过变速(减速)后连接到电位器柄旋转。

输入脉冲宽度为0.5—2.5ms,周期为3ms —20ms。

脉冲宽度,表示电位器转动的角度不同(即舵臂角度不同)。

电机转速为14000/分钟,减速比为250:1,要求舵角转速为0.10-0.2S/60度(此部份与电机转速有关,程序方面需注意及时扫描电位器角度而给电机改变不同供电方式),扫描不及时易出现舵臂回抖现象。

脉冲宽度不变的情况下,能锁住电机。

堵转4秒钟后,电机进入低压供电(或PWM少占空比)工作模式,堵转一旦去除,电机供电进入正常模式。

舵机角度及脉冲关系如图示6。

图6：舵机角度及脉冲关系；
3特色创新
1、自动提醒使用者避障；
2、检测红绿灯；
3、利用GPS进行定位；
4、利用语音模块进行提醒；
4分析与结论
经过几个月的努力，我们基本实现了预期的设计要求，并且在功能上进一步的完善，使系统更加稳定。

但是在设计中因为运用到4个直流电机，所以耗电量很大，需要在电源方面有所改进，还有颜色传感器方面有时候有误差。

通过老师的指导和与其他同学的交流，我们对这些问题有所改进。

导盲者设计结构合理，外形美观，功能齐全，有效的弥补了这一领域方面的一些空缺，有较大的发展前途和市场前景。

5参考文献
[1] 郭天祥《新概念51单片机c语言教程》电子工业出版社 2009
[2] 黎连业《无线网络及其应用技术》清华大学出版社 2004
[3] 闫胜利《Altium Designer 实用宝典原理图与PCB设计》电子工业出版社 2007
[4] 童诗白《模拟电子技术基础（第四版）》高等教育出版社 2010
[5] 成大先《机械设计手册》化学工业出版社 2008。