基于物联网技术的导盲系统初探

文/张晓静 苏广，邢台学院数学与信息技术学院

1 导盲系统总体架构

该系统是由使用者手持的盲杖作为数据终端，在盲杖上设置了超声波传感器、摄像头和 GPS 定位模块，能够独立进行超声波测距和图像数据采集分析，从而独立的进行语音提示导盲；另外，在盲杖上还装有 4G 物联网通信模块，与中心服务器相连接，并把自己的 GPS 位置信息和盲杖的身份 ID 发送到上端中心服务器。

在有条件的导盲区域内，比如盲道内和交通路口，可以适当布置 RFID 射频模块、摄像头，在室内人员较少区域可布置红外传感器模块，这些模块可对周边环境进行检测，并把检测数据通过4G物联网通信模块发送到中心服务器，中心服务器匹配进入该区域内的使用者信息 ID和 GPS 位置信息，并根据该区域内由 RFID 的射频模块和红外模块发送回来的环境状态信息进行数据分析后与终端盲杖建立通信，进行联网导盲。系统总体结构如图1-1所示。

2 导盲系统硬件设计

系统的设计分别为终端盲杖子系统和中心服务器子系统。两套系统都具有独立的工作能力。

2.1 终端导盲子系统

终端系统主控模块采用的MCU是STM32F103系列单片机，主要完成对其他模块的控制和数据处理工作。

超声波模块其结构主要由超声波集成模块、振荡器、定时器来构成，当检测到外部障碍信号，进而控制语音模块发出报警信息。温湿度传感器模块针对盲障人士的生理特征，对当前环境的温湿度进行采集传送给STM32主控制，通过用户按动播放许可按钮，播放信息。

GPS模块实现对定位信息的采集，传输给主控器，供用户进行判断行进方向是否正确。摄像头模块采集盲道上的信息，当盲道上有遮挡物的时候，MCU根据图像处理算法判断障碍物的大小、远近，进而对用户进行警示。4G通信模块用于终端系统和中心服务器系统进行通信，当进入读写器区域后，导盲模式切换到联网模式，中心服务器子系统提供的周边环境信息通过4G模块传输给终端系统，终端语音实现播报导盲。

2.2 服务器子系统

中心服务器子系统包括数据分析和处理服务器作为控制系统、4G通信模块、摄像头数据采集、RFID 射频识别数据采集以及红外数据采集传感器等。其中摄像头和红外传感器采集周边环境信息数据，并通过 4G 通信模块送中心服务器；RFID与盲杖上的身份识别 RFID 卡进行数据匹配，并向服务器发送信息，表明使用者进入该RFID 区域，中心服务器通过摄像头和红外信息以及 GPS 信息对周边环境进行检测并导盲，当使用者进入下一 RFID 模块控制区域时，将由中心服务器控制进行数据接力，对下一区域的环境进行检测和导盲。

同时，当有多位使用者进入导盲区域时，中心服务器系统应为每一个使用者单开一个进程，为每一个使用者进行独立的大数据分析和导盲。当使用者进入或者走出联网导盲有效区域时，由中心服务器控制使用者终端系统进行联网模式和独立导盲模式的切换。

3 导盲系统软件设计

从软件设计上来说，系统应分为两种模式，即独立模式和联网模式。当使用者进入安装环境检测传感器的有效导盲区域内时，中心服务器自动接入联网模式，并由中心服务器进行联网导盲；当使用者即将走出有效导盲区域时，中心服务器切换为独立模式，此时中心服务器与盲杖不再建立连接，由盲杖上的导盲系统结合自身摄像头和超声波传感器采集的数据进行独立导盲和壁障。

在设计独立导盲模式时，障碍物采用联合避障导盲方式，以图像识别为主，超声波避障为辅助方式。图像识别采用SURF 算法，可有效克服图像由于远近和环境因素对识别准确率造成的影响。

4 结束语

物联网技术在导盲系统的应用主要是联网模式下，基于物联网数据节点的数据采集海量数据到中心服务器，这主要包括 GPS 数据、摄像头采集的图像数据、RFID 数据、红外传感数据以及温湿度数据等，还有从天气网站获得的天气数据，能够更全面把握周边环境信息。

独立导盲模式上采用图像识别为主，超声波壁障为辅助的导盲方式。图像识别采用SURF 算法，可有效克服图像由于远近和环境因素对识别准确率造成的影响。