基于自动控制理论的智能导盲杖分析及其探究

张艳天 王堃阳 弓成龙



基于自动控制理论的智能导盲杖分析及其探究

张艳天 王堃阳 弓成龙

（沈阳理工大学）

随着我国综合实力的逐步发展，智能型导盲杖装置也在在我国构建科技生活一体化的过程中也存在着巨大的发展潜力空间。笔者从多方面对智能导盲杖的自动控制系统进行了研究与分析。希望对相关科技人员与工作人员有所帮助。

自动控制；导盲杖

1.引言

自动控制过程在我国的工程行业、公益行业、军事领域和航空航天领域都有非常广泛的应用，对我国的国民经济所涉及的各个行业都发挥着重要的作用。通过自动控制环节，可以有效解决相关的系统控制方面的难题，其中主要通过反馈的环节，实现自动控制循环的过程。随着我国公益事业的日益成熟，自动控制系统在公益行业中也有较好的应用。

目前市场上已有较多的电子导盲工具,无论是传统的导盲手杖还是电子导盲设备都存在一定的局限性。首先传统的导盲设备不能满足现下盲人日常生活的需求，传统的导盲手杖不能让盲人及时发现障碍物，且在盲人出现意外事故时，无法及时的通知家人，夜间盲人的出行更加不安全。因此市场上新型的智能导盲杖更加符合市场的需要。笔者所描述的智能新型导盲杖采用简单的按钮和语音提示，操作简单。其依据自动控制理论，从而具备智能定位、语音报时、GSM 通信、GPS 定位、超声波测距和摔倒检测等功能。摔倒检测功能、定位功能和通信功能相结合，当盲人出现意外时，可以及时发送地理位置短信通知家人；超声波测障功能可以能自动检测前方1.5米范围内障碍物，采用提示音和震动两种方式有效提示盲人避障；语音报时可以提醒盲人时间，同时导盲手杖还兼有夜间警示功能，通过警示灯提醒路人绕行，以保障盲人夜间出行的安全。

2.智能导盲杖中的自动控制分析

2.1智能导盲杖总体设计方案

智能导盲杖系统是以单片机最小系统为基础，由陀螺仪，超声波模块，实时语音报时模块，GPS 与 GSM 模块，蜂鸣器，按键，移动电源8部分组成。单片机是整个系统的核心部分。超声波用于检测盲人前进路上是否有障碍物，若前方1.5米以内有障碍物，蜂鸣器响。同时，当启动手柄震动按钮后，随着蜂鸣器鸣响，手柄也开始震动，这样在喧闹的环境下，盲人听不到语音报警时，也可以感觉到手柄的震动报警，再次按下按键则关闭手柄震动功能; 当按下语音报时的按钮时，语音播报当前的时间，精确到分，范围为24小时任意时间;陀螺仪用于检测盲人是否摔倒，若检测到摔倒蜂鸣器鸣叫，若鸣响持续10秒以上，通过GPS 和 GSM向家人发送盲人的位置信息;夜间警示路人功能，在夜间时，或者灯光昏暗的环境时,盲杖上的指示灯自动亮，可以警示前方路人注意盲人的位置，注意避让盲人。整个系统由移动电源供电，不用时可关闭开关，电量可以使用较长时间。

图1：智能导盲杖整体设计框架

2.2智能导盲杖中的自动控制理论分析

在智能导盲杖的经纬度定位与超声波测障碍方面，自动控制系统的作用较为突出，笔者主要介绍在智能导盲杖定位过程中对地理位置的自动控制、自动反馈环节的情况，以及超声波如何自动检测前面障碍的自动反馈与修正的问题。在智能导盲杖的定位过程中，主要应用闭环控制系统实现对地理位置经纬度坐标的检测、反馈、数字化显示等，进而实现自动更新地理位置的闭环控制系统，使得智能导盲杖的使用者所在的地理位置维持在一个以使用者为中心的相对稳定数值的圆形变化范围内。在智能导盲杖的外观设备原料周边安装地理经纬度检测装置，实现对使用者周边区域的实时经纬度检测与查询，通过无线的传送过程，把检测到的经纬度信号传送至终端控制系统，控制系统和真实的经纬度参数值进行查询、比较，当智能导盲杖的自动控制系统发现检测的经纬度坐标与设定的经纬度参数值不一致时，系统自动通过预先安装的超声波探测环节（也可以称为执行机构），将需要前后左右移动的操作命令传送至智能导盲杖控制终端，控制终端做出相应的答复，以红绿灯等信息进行外在显示，并且及时地对咱们导盲杖的经纬度坐标进行修正，这样就实现了对经纬度检测的反馈环节，检测装置再次进行经纬度检测，然后把检测的信息送至智能导盲杖的控制系统与远程的联网系统里，控制系统再次对收到的温度信息和系统默认值进行对比，这样周而复始，从而通过闭环控制系统实现对经纬度坐标的自动识别控制，保障了智能导盲杖的使用者的经纬度处于稳态远程的联网终端之中，从而确保了使用的地理位置准确性。

图2：智能导盲杖程序工作流程图

3.结语

随着我国公益事业的蓬勃发展，笔者相信日后的智能型公益设备会有更好的发展，因此，笔者认为，在智能型可穿戴设备的生产过程中，如何做好对控制相关参数的自动控制、以及如何设计反馈环节，都对相关的技术方面有很高的门槛，公益性可穿戴智能设备一旦出现质量问题，将对使用者带来极大的风险。因此，笔者简要分析了在智能导盲杖设备中的自动控制理论的应用，希望对相关的科技生产企业单位有所帮助。

[1]融入定位及传感器技术的导盲手杖[J]. 金卡工程,2012,Z1:65.

[2]刘湘云,王定山,朱志伟. 基于超声波技术的导盲杖设计[J]. 科技信息,2011,14:22-23.

[3]赵晓东,孙运强,姚爱琴. 超声波导盲杖的设计[J]. 山西电子技术,2011,05:19-21.

[4]韦中超,廖浚宏,张准,戴峭峰,吕冠华,梁瑞生. 基于超声波测距和 PSD 红外测距的智能语音导盲器 [J]. 现代电子技术,2013,10:115-118.

[5]张兰,杨济民韩晓丽,王伟. 基于C8051F060的超声波导盲系统设计[J]. 现代电子技术,2009,24:160-162.

[6] 吕杰 . 超声波导盲手杖的原理与设计 [J]. 应用声学，1992,06:30-32

[7]郭天祥.51 单片机 C 语言教程入门提高开发拓展全攻略

[8]谭浩强.C 程序设计（第四版)

[9]曾志鹏，陈晨，王芳.基于盲人需求的多功能导盲杖的设计[J].电子制作，2014,08:108-109

G322

B

1007-6344（2017）03-0316-01

张艳天 性别：男 出生年月：1995年10月12日 籍贯：内蒙古通辽市 学历：沈阳理工大学自动化与电气工程学院本科在读 毕业院校：沈阳理工大学 研究方向：自动化

王堃阳 性别：男 出生年月：1995年11月17日 籍贯：河南省汝州市 学历：沈阳理工大学自动化与电气工程学院本科在读 毕业院校：沈阳理工大学 研究方向：自动化

弓成龙 性别：男 出生年月：1995年10月06日 籍贯：辽宁省凌源市 学历：沈阳理工大学自动化与电气工程学院本科在读 毕业院校：沈阳理工大学 研究方向：自动化