基于STC89C51單片機的智能鞋的設(shè)計與開發(fā)

蘇立鑫 王藝凝 虞佳敏 劉慧

摘 要： 隨著科技的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們對弱勢群體的關(guān)注度越來越高，本文基于STC89C51單片機，設(shè)計了一款以太陽能供電為基礎(chǔ)的集藍(lán)牙、GPS定位系統(tǒng)、導(dǎo)航、語音報警系統(tǒng)、紅外線傳感器以及人工智能系統(tǒng)為一體的多功能盲人專用智能鞋，該智能鞋以單片機STC89C51為主控芯片，結(jié)合相關(guān)智能傳感技術(shù)，實現(xiàn)安全出行的目的，彌補了當(dāng)前市面上的盲人產(chǎn)品所存在的缺陷。

關(guān)鍵詞： STC89C51;GPS定位;導(dǎo)航;語音;紅外傳感;安全

1 緒論

中國是世界上盲人最多的國家，約有一千四百多萬視障人士、五百萬盲人，占全世界盲人人口的18%，每年在中國約有45萬人失明，意外也頻頻發(fā)生，由于盲人是弱勢群體，且基數(shù)較大，一直是當(dāng)今社會的熱點話題，也是國家比較棘手的問題之一，保護弱勢群體，是國家和全社會的共同職責(zé)，隨著科技不斷進(jìn)步，人們對盲人用品功能的要求逐漸提高，讓生活越來越簡單方便成為了當(dāng)今社會人們普遍追求的生活理念，當(dāng)前市面上也出現(xiàn)了不少的盲人用品，但因設(shè)計功能不全面，反響不是很好。

到目前為止，國內(nèi)外專家針對智能盲人用品的開發(fā)與設(shè)計進(jìn)行了大量研究，如2015年姚旭禹等設(shè)計的一款集GPS定位，紅外熱釋電傳感，語音導(dǎo)盲為一體的盲人智能拐杖，實現(xiàn)避障功能，克服了傳統(tǒng)拐杖的缺點[1];2017年韓國一家公司[2]開發(fā)了一款專門提供給盲人和視力受損的用戶使用的可與手機相連的智能手表，方便了盲人用戶獲取信息;2002年宋建軍等設(shè)計的一款結(jié)構(gòu)簡單、成本低的盲人過街提示器，利用揚聲器的聲音指導(dǎo)盲人過街，具有經(jīng)濟效益和社會效益[3];王海川等人提出了一款基于壓力傳感器的盲人智能鞋，該設(shè)計采用壓力傳感技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)了識別盲道的功能[4];基于以上研究，本文研究的智能鞋同時從盲人出行安全和便利兩個角度出發(fā)，為盲人設(shè)計了一款可以GPS定位，導(dǎo)航，紅外線勘測障礙以及可以語音報警的盲人專用智能鞋。

2 設(shè)計概述及目的

為了有效解決這些問題，本文擬設(shè)計的智能鞋主要包括以下幾個功能：

（1）藍(lán)牙模塊：設(shè)置藍(lán)牙功能，匹配藍(lán)牙耳機和手機，用戶通過耳機得到語音指令（例如“向左”“向右”）。

（2）GPS定位系統(tǒng)：在外出過程中，由于家人不可能每時每刻讓盲人都在自己的視線內(nèi)，因此難免會出現(xiàn)走失這種情況，GPS定位功能能夠讓家人隨時隨地準(zhǔn)確的了解到盲人的位置信息。該功能可以滿足家人對盲人具體位置實時定位的要求，防止走失等問題。

（3）導(dǎo)航：由于盲人不能準(zhǔn)確識別路況信息，因此難免會發(fā)生意外，導(dǎo)航功能能夠讓手機與產(chǎn)品進(jìn)行藍(lán)牙匹配，在手機中進(jìn)行初始地和目的地設(shè)置，從而實現(xiàn)盲人通過語音指令到達(dá)目的地，并且在前進(jìn)過程中過馬路時或者經(jīng)過公交站點時進(jìn)行語音提示，避免發(fā)生意外，以及錯失公交站點。

（4）語音報警系統(tǒng)：由于交通事故頻頻發(fā)生，而語音報警功能能夠在盲人遇到障礙和危險時，提示盲人注意危險，從而減少交通事故。還可以識別交通燈的顏色，在盲人過馬路時進(jìn)行語音提示，從而達(dá)到安全保護的作用。

（5）紅外線探測儀：在盲人前行的過程中，難免會遇到各種障礙阻礙通行，紅外線勘測功能可以勘測十米以內(nèi)的障礙，并對其大小、位置、危險性進(jìn)行勘察，從而通過語音指示使盲人繞開障礙物，還可以分析交通燈的顏色并進(jìn)行提示。

（6）太陽能電池：這里我們采用太陽能蓄電池，在光線充足時可以充分的進(jìn)行充電并儲電，這樣，即使在光線不充足以及沒有光照的情況下，鞋子內(nèi)部設(shè)備也能夠正常的運行。

3 智能鞋模塊分析與設(shè)計

該智能鞋結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，主要包括以下幾個組成部分：

主控芯片：STC89C51。本文采用STC89C51作為主控芯片，該芯片是一款采用8051內(nèi)核的系統(tǒng)可編程芯片，其最高工作時鐘頻率為80MHz，片上集成512字節(jié)RAM，具有在系統(tǒng)可編程特性且速度快，是高速、低功耗的新一代8051單片機。

電源設(shè)計：太陽能蓄電池供電裝置。本設(shè)計在鞋內(nèi)部設(shè)置太陽能供電裝置，可通過太陽能為系統(tǒng)提供所需能源;

安全防護：GPS定位裝置及導(dǎo)航裝置;

傳感器部分：紅外線傳感器;

報警部分：語音報警裝置;

藍(lán)牙部分：藍(lán)牙裝置。

智能鞋的結(jié)構(gòu)框圖

4 總結(jié)

本設(shè)計是制作一個基于STC89C51單片機的智能鞋，與傳統(tǒng)盲人用品相比，使用方便，解放了雙手，本產(chǎn)品在現(xiàn)有盲人用品基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合傳感器、太陽能供電、語音報警以及GPS定位等技術(shù)，從盲人出行安全與便利這兩個角度出發(fā)，為盲人設(shè)計了一款可以GPS定位，導(dǎo)航，紅外線勘測障礙以及可以語音報警的盲人專用智能鞋。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚旭禹，湯莉莉，黃思嘉.智能盲人拐杖的研究與設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015（27）：61-62.

[2]韓國：專為盲人設(shè)計智能手表[J].中國殘疾人，2017（6）：24-24.

[3]宋建軍，陳鋼，陳軍.盲人過街提醒器，CN2493987[P].2002.

[4] 王海生，董學(xué)，陳小川.一種適用于盲人的智能鞋.2015.