多方向红外测距智能导盲求救手环

文/吴雪 王华力 唐玲

1 我国盲人现状

我国是世界上盲人最多的国家，约有900万视力残疾者。占全世界盲人总数的15 左右，每年新增盲人45 万，即约每分钟增加一人。并且调查显示：盲道的建设，变成了一种奇怪意义上的面子工程。

2 盲人主要出行方式分析

目前的导盲方式主要有三种：

（1）传统手杖指引；

（2）使用导盲犬；

（3）使用导盲科技产品。

传统的拐杖大多用自然材质比如竹，木制成，符合传统的人因工程学造型，但是其缺点众多，比如功能单一，只能通过声音与触觉感知地面，感知范围小。传统的盲道也非常干扰阻碍盲人通行。且其易被侵占，致使盲人无法通行。导盲犬的培训周期长，并且花费极高，一般家庭很难负担，同时存在导盲犬限制进入的问题。而目前市面导盲工具功能单一，不具智能化一体的特性，体积大，重量大。因此，开发一款廉价，智能，精确，轻便的导盲手环对于盲人的工作和生活意义重大。

3 国内外研究现状和发展动态

国内目前的导盲辅具主要是导盲手杖。随着近几年科技的快速发展。这种落后的导盲工具已经无法满足现代人生活的需要。目前国内外在导盲辅具方面取得得研究开发成果简单的可以总结为以下几类：

（1）超声波导盲仪器；

（2）移动式导盲机器人；

（3）导引式的导盲手杖。

超声波导盲仪障碍物识别范围非常有限，移动式机器人机械结构复杂，受制于地形因素，开发高成本。并且当前的这些产品的功能普遍单一，不便于携带。只能在一个方向上进行测距导盲。不具智能化一体，便于携带的特性

就发展动态而言，当今时代是互联网+的时代，通过手机网络就能定位盲人当前的地理位置信息，危险时，向最近的医院和警局发出求救信息。将会使盲人的出行安全得到更多的保障。导盲产品的智能一体化将会是一种必然的发展趋势。

4 主要研究内容

4.1 红外线测距传感器

红外线测距传感器利用的是发射管不间断发出的调制红外光遇到障碍物的距离不相同，反射回来的光强度也不同的原理。当发出的红外光遇到障碍物反射回来时，经红外测距模块连接的A/D 转换模块将模拟信号变为数字信号，引起STM32 单片机I/O 口电平跳变。

这种方法依靠的是反射光的强度，目标物体表面的反射率带来的干扰微乎其微。灰体为生活中常见物体，经过系统对黑白灰三种障碍物避障测试，避障精准可靠。

4.2 GPRS通信

GPRS（通信分组无线业务）具备实时在线功能，可以看做现有GSM 电路交换系统的业务扩充，并且比GSM 网络的安全性更高。GPRS 的理论带宽可达171.2kb/s，数据传输速率达到了160kb/s。发送:接收到特殊指令→串口函数向A6 模块发送多个AT 查询指令→检测A6 正常工作否→设置短信PDU 编码为中文格式→设置发送对象的手机号码→设置短信内容→发送成功。GPRS 和STM32 连在一起，接收:盲人按下求助按钮→ STM32 发送消息→短信PDU 解码→ 发送成功→ GPRS 模块振动提示。

4.3 辅助功能

手环服帖手部，以手臂自然下垂正对方向为正前方向。进行前后左右全方位智能测距导盲。在障碍物距离少于0.5 米时自动通过蓝牙耳机发出语音提示。设置光传感器，在夜间光线暗的地方，手环自动照明，避免盲人使用者被其他人撞到，引起他人注意。外加GPS 智能报警求救定位系统。在发生意外时，发出报警求救信息，更好的保障盲人使用者的生命安全。

4.4 系统测试

我们通过模拟盲人行走情景搭建的实验装置，来测试系统避障的可靠性，将收集到的数据来分析手环对黑白灰三色障碍物的避障可靠性和发散角大小。在设置避障距离为0.5m时，随系统测试次数的增加，实际避障距离保持在50-57cm 之间，正常人的步行速度为约1m/s，反应时间约为0.15 至0.4s，使用者避开障碍物时间足够。由于生活中常见物体多为灰体，我们通过大量的系统测试后，进行数据整理后得出结论：对于灰体，系统避障的发散角为上下为21 度，左右为12 度；当红外测距传感器探测到障碍物的距离低于预设距离时，手环立刻震动提醒使用者避开障碍物。

5 设计方案与创新点

图1

如图1所示。

（1）本项目突破导盲工具的局限，实现多功能一体化。

（2）导盲更加全面，红外多方位测距导盲系统，全方位获取周围的障碍物信息。信息反馈速度更快，更精确。

（3）手机联网GPS 定位系统和智能报警求救系统，光感智能标识，利于夜间和昏暗光线条件下，最大化的保证了盲人出行的生命安全。

（4）手环设计更符合现代人的审美和生活观念。