一种多功能智能盲人用拐杖的设计

惠洋洋 张斌 王保山 刘奥丽 张谦信 苏科

[摘要]随着社会的发展，电子设备使用频率的增加，国民视力逐渐走低，盲人逐年增加，开发智能拐杖对提高盲人幸福感十分重要。本设计基于单片机协同模块化组件构成智能拐杖。

[关键词]单片机 GPS 超声波测距 智能拐杖

在中国大约有650万盲人，是世界上盲人人口最多的国家，导盲手杖作为目前盲人最普遍的工具，将其进行研发与升级是十分必要的。由于他们看不见，行动很不方便，出行时会遇到诸多问题。现在市场上盲人所使用的拐杖大多结构简单而功能单一，大多只有扫清障碍物的功能，而无法判断前方路况，以及危险。比如前方有悬空式障碍物，传统拐杖无法有效探测。如果盲人出行迷路返途将会是一件非常困难的事情，家属无法准确定位其准确位置。给盲人群体带来诸多不便。为解决以上问题，本设计集成了GPS、语音通话、SOS、娱乐设施模块、警示用灯等模块，不仅仅提高了使用者的便利性，同时也做到警示旁人的作用，多维度为盲人朋友创造更安全的外在环境。并且大幅度提高出行效率。在传统拐杖基础上添加LED照明设备，对周围起到警示作用。同时MP3、FM电台等娱乐设备的添加，进一步提高盲人出行娱乐质量。先进的智能导航模块会及时提供周围餐厅、卫生间、休息区等信息。该设计功能齐全、操作简单、成本较低，具有很强的实用性和推广价值。

1设计思路

多功能GPS自动定位超声探测可拆卸智能拐杖，主要利用单片机技术，搭载先进GPS导航模块，超声波立体避障模块，语音提示模块为一体。在拐杖头部有LED警示灯和扬声器，通过把手按钮可以精确得到地理信息。内部搭载的蜂鸣器将对1.5米内障碍物进行报警，并且随着距离靠近声音会逐渐急促。选择过马路时候可以手动打开报警系统起到警示作用。

1.1超声波模块

以单片机IAP 15F 2K 61S2为主控件，H C-SR 04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3MM;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

1.2GPS导航模块与定位模块

采用先进的GPS定位器，定位精度控制在1M之内。路况实时更新，准确切换安全道路。在无多个电源时也可共用一个电源，但要保证电源的功率足够大，在模块电源处增加滤波电容，减轻纹波。

1.3语音模块

由于智能拐杖适用于盲人，需利用语音提示来进行信息的输出。模块由SX 6288A、S PI F L ASH、音频功放芯片三部分组成。S X 6288A模块可直接驱动0.5W8R或者3W 4R的喇叭，自带了D类放大电路由于大部分品牌的S PI F L ASH的供电电压不超过4V，本系统特增加稳压电路。最终方案是做出一个以普通盲人拐杖为基础，加上测障避障装置，手机通讯装置，GPS定位装置，语音识别及语音播报装置。通过上述一系列装置制成的多功能智能盲人拐杖助手，對于盲人的出行安全有极大的保障，让盲人的出行不再成为一个困难的事情。

1.4led点阵模块

在给盲人本身提供了便利之外，我们期待从另一维度给盲人再创造新的空间，通过led灯源给予旁人以提示作用。模块由MAX7219组成，是一种集成化的显示驱动器，可直接与单片机接口连接，用户能方便修改其内部参数，以实现多位LED显示。模块工作电压为5v，且支持多个模块级联，此种选择为以后拐杖的升级换代提供了良好的灵活性。

1.54G SIM卡模块

为了辅以路线记录及及时上传数据的的要求，此模块采用华为ME909s-821模块，LTE 4G全频段天线，SMA接口，线长3米，工业级别4G模块，可持续24h不间断运行，为拐杖的稳定性提供了良好的支柱。

1.6FM收音机模块

在保证基本需求的同时，娱乐性也是我们设计所追求的。TEA5767模块由飞利浦公司生产，综合效能十分优秀的收音机模块，被广泛应用于手机、MP3、MP4的收音机功能，TEA5767内置了主频高达75MHZ的数字信号处理器，实现384KBPS/48KHZ的MD级高品质MP3音乐文件回放，加上拥有一般MP3播放器难以企及的高保真回放线路（信噪比高达95DB，THD总谐波失真率<0.05%>同时非常省电。

3项目先进性

3.1研究需求在前沿

现在已有的相似产品功能单一且操作繁琐，不能服务更多的消费群体，引发了许多问题。我们积极寻找、发现、研究问题并且总结这些问题，有针对性的优化方案，寻找利益的最大化是具有市场价值的。怎样把多功能的、较难操作的产品转化为简便操作的产品是现在市场所需要的。

3.2调查方式在前沿

我们结合所学过的知识，抓住盲人、老年人及登山爱好者这些群体，从多维度了解到这些群体的需求，不局限于某一部分，对其进行广度和深度的调查。主要利用网上调查问卷、访问这一群体正在使用这类产品的相关人，使我们能了解更多我们新型盲人智能手杖与已有产品的区别及未来的发展方向，使调查结果更加具有可信度。

3.3综合功能在前沿

传统竞争产品较多但功能单一、分散不够集中，功能操作体系也在进一步完善之中，并且市场价格昂贵，不能被普通的消费群体所接受。我们团队致力于将目前已有功能和我们的创新点完美结合，做到功能更全面;不断地调试和改善，做到操作更简单;改进材质和原料，做到更便携、环保。