多方向紅外測(cè)距智能導(dǎo)盲求救手環(huán)

文/吳雪 王華力 唐玲

1 我國(guó)盲人現(xiàn)狀

我國(guó)是世界上盲人最多的國(guó)家，約有900萬(wàn)視力殘疾者。占全世界盲人總數(shù)的15 左右，每年新增盲人45 萬(wàn)，即約每分鐘增加一人。并且調(diào)查顯示：盲道的建設(shè)，變成了一種奇怪意義上的面子工程。

2 盲人主要出行方式分析

目前的導(dǎo)盲方式主要有三種：

（1）傳統(tǒng)手杖指引；

（2）使用導(dǎo)盲犬；

（3）使用導(dǎo)盲科技產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的拐杖大多用自然材質(zhì)比如竹，木制成，符合傳統(tǒng)的人因工程學(xué)造型，但是其缺點(diǎn)眾多，比如功能單一，只能通過(guò)聲音與觸覺(jué)感知地面，感知范圍小。傳統(tǒng)的盲道也非常干擾阻礙盲人通行。且其易被侵占，致使盲人無(wú)法通行。導(dǎo)盲犬的培訓(xùn)周期長(zhǎng)，并且花費(fèi)極高，一般家庭很難負(fù)擔(dān)，同時(shí)存在導(dǎo)盲犬限制進(jìn)入的問(wèn)題。而目前市面導(dǎo)盲工具功能單一，不具智能化一體的特性，體積大，重量大。因此，開(kāi)發(fā)一款廉價(jià)，智能，精確，輕便的導(dǎo)盲手環(huán)對(duì)于盲人的工作和生活意義重大。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

國(guó)內(nèi)目前的導(dǎo)盲輔具主要是導(dǎo)盲手杖。隨著近幾年科技的快速發(fā)展。這種落后的導(dǎo)盲工具已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代人生活的需要。目前國(guó)內(nèi)外在導(dǎo)盲輔具方面取得得研究開(kāi)發(fā)成果簡(jiǎn)單的可以總結(jié)為以下幾類(lèi)：

（1）超聲波導(dǎo)盲儀器；

（2）移動(dòng)式導(dǎo)盲機(jī)器人；

（3）導(dǎo)引式的導(dǎo)盲手杖。

超聲波導(dǎo)盲儀障礙物識(shí)別范圍非常有限，移動(dòng)式機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受制于地形因素，開(kāi)發(fā)高成本。并且當(dāng)前的這些產(chǎn)品的功能普遍單一，不便于攜帶。只能在一個(gè)方向上進(jìn)行測(cè)距導(dǎo)盲。不具智能化一體，便于攜帶的特性

就發(fā)展動(dòng)態(tài)而言，當(dāng)今時(shí)代是互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代，通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)就能定位盲人當(dāng)前的地理位置信息，危險(xiǎn)時(shí)，向最近的醫(yī)院和警局發(fā)出求救信息。將會(huì)使盲人的出行安全得到更多的保障。導(dǎo)盲產(chǎn)品的智能一體化將會(huì)是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

4 主要研究?jī)?nèi)容

4.1 紅外線(xiàn)測(cè)距傳感器

紅外線(xiàn)測(cè)距傳感器利用的是發(fā)射管不間斷發(fā)出的調(diào)制紅外光遇到障礙物的距離不相同，反射回來(lái)的光強(qiáng)度也不同的原理。當(dāng)發(fā)出的紅外光遇到障礙物反射回來(lái)時(shí)，經(jīng)紅外測(cè)距模塊連接的A/D 轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，引起STM32 單片機(jī)I/O 口電平跳變。

這種方法依靠的是反射光的強(qiáng)度，目標(biāo)物體表面的反射率帶來(lái)的干擾微乎其微?；殷w為生活中常見(jiàn)物體，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)對(duì)黑白灰三種障礙物避障測(cè)試，避障精準(zhǔn)可靠。

4.2 GPRS通信

GPRS（通信分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）具備實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能，可以看做現(xiàn)有GSM 電路交換系統(tǒng)的業(yè)務(wù)擴(kuò)充，并且比GSM 網(wǎng)絡(luò)的安全性更高。GPRS 的理論帶寬可達(dá)171.2kb/s，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了160kb/s。發(fā)送:接收到特殊指令→串口函數(shù)向A6 模塊發(fā)送多個(gè)AT 查詢(xún)指令→檢測(cè)A6 正常工作否→設(shè)置短信PDU 編碼為中文格式→設(shè)置發(fā)送對(duì)象的手機(jī)號(hào)碼→設(shè)置短信內(nèi)容→發(fā)送成功。GPRS 和STM32 連在一起，接收:盲人按下求助按鈕→ STM32 發(fā)送消息→短信PDU 解碼→ 發(fā)送成功→ GPRS 模塊振動(dòng)提示。

4.3 輔助功能

手環(huán)服帖手部，以手臂自然下垂正對(duì)方向?yàn)檎胺较?。進(jìn)行前后左右全方位智能測(cè)距導(dǎo)盲。在障礙物距離少于0.5 米時(shí)自動(dòng)通過(guò)藍(lán)牙耳機(jī)發(fā)出語(yǔ)音提示。設(shè)置光傳感器，在夜間光線(xiàn)暗的地方，手環(huán)自動(dòng)照明，避免盲人使用者被其他人撞到，引起他人注意。外加GPS 智能報(bào)警求救定位系統(tǒng)。在發(fā)生意外時(shí)，發(fā)出報(bào)警求救信息，更好的保障盲人使用者的生命安全。

4.4 系統(tǒng)測(cè)試

我們通過(guò)模擬盲人行走情景搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，來(lái)測(cè)試系統(tǒng)避障的可靠性，將收集到的數(shù)據(jù)來(lái)分析手環(huán)對(duì)黑白灰三色障礙物的避障可靠性和發(fā)散角大小。在設(shè)置避障距離為0.5m時(shí)，隨系統(tǒng)測(cè)試次數(shù)的增加，實(shí)際避障距離保持在50-57cm 之間，正常人的步行速度為約1m/s，反應(yīng)時(shí)間約為0.15 至0.4s，使用者避開(kāi)障礙物時(shí)間足夠。由于生活中常見(jiàn)物體多為灰體，我們通過(guò)大量的系統(tǒng)測(cè)試后，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理后得出結(jié)論：對(duì)于灰體，系統(tǒng)避障的發(fā)散角為上下為21 度，左右為12 度；當(dāng)紅外測(cè)距傳感器探測(cè)到障礙物的距離低于預(yù)設(shè)距離時(shí)，手環(huán)立刻震動(dòng)提醒使用者避開(kāi)障礙物。

5 設(shè)計(jì)方案與創(chuàng)新點(diǎn)

圖1

如圖1所示。

（1）本項(xiàng)目突破導(dǎo)盲工具的局限，實(shí)現(xiàn)多功能一體化。

（2）導(dǎo)盲更加全面，紅外多方位測(cè)距導(dǎo)盲系統(tǒng)，全方位獲取周?chē)恼系K物信息。信息反饋速度更快，更精確。

（3）手機(jī)聯(lián)網(wǎng)GPS 定位系統(tǒng)和智能報(bào)警求救系統(tǒng)，光感智能標(biāo)識(shí)，利于夜間和昏暗光線(xiàn)條件下，最大化的保證了盲人出行的生命安全。

（4）手環(huán)設(shè)計(jì)更符合現(xiàn)代人的審美和生活觀(guān)念。