多功能智能盲人拐杖的设计与实现

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

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

基金项目：2018年福建省大学生创新创业训练计划项目（201810398046）。

图1 智能盲人拐杖总体构架图

图2 总体模块图

整个硬件包括以下几个模块：

（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]。

（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

（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。

（4）第四个按钮是紧急信息启动键，按钮按下启动时，定位系统会同步工作，定位所在的位置，并发送位置信息到指定手机客户端，以实现求救的功能。

总体功能图如图3

所示。

图3 智能盲人拐杖总体功能图

四个按钮分别控制智能盲人拐杖的不同功能，因此我们可以选择4选1数据选择器进行电路的设计[7]。4选1数据选择器是将4个相互独立的数据输入端D0-D3中选择一个到

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图9 上位机显示界面

4 测试结果

为了验证所设计的系统是否满足数据正确性要求，分别将整个系统安装于亚拓-700直升机航模进行数据正确性验[5]陈国华,王刚.基于ADIS16255 MEMS芯片陀螺仪的应

用研究[J].中国惯性技术学报,2008.16(4).480-483.

[6]尚婷婷,黄丽琼,喻娜,周洪涛.基于ADIS16375的

误差补偿在姿态解算中的应用[J].火力与指挥控制,2016.41(7).121-124.

图4 4选1数据选择器

4 结论

智能导盲拐杖的使用，为盲人的行走提供了可靠的帮助，提高了出行安全性。具有定位导航、规划最佳出行路线的

能够迅速发出警报，向路人求救并发送

总之，智能导盲拐杖在提高盲保证盲人安全方面，具有突出的表现，具有很高

参考文献

.51单片机典型应用开发范例大全[M].中国铁

,2011年.

.邱致和等译.GPS原理与应用[M].电子工

,2002年.

.传感器原理及其应用[M].南京大学出版

年.

.单片机应用开发范例大全[M].人民邮电出版

年.

[6]王惠南 著.GPS导航原理与应用[M].科学出版社,2003年.

[7]谢自美 主编.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版

社,2006年.

[8]青木英彦 著.模拟电路设计与制作[M].科学出版社,2005年.