一种智能巡航导盲车的设计及实现＊

马士佳，翟佳琪，孔殿凯，吴义春，郜晨光，王海柳，许澳华，李爱宁

一种智能巡航导盲车的设计及实现＊

马士佳1，翟佳琪1，孔殿凯1，吴义春1，郜晨光1，王海柳1，许澳华2，李爱宁1

（1.河北水利电力学院 自动化与通信工程学院，河北 沧州 061001；2.河北科技大学 信息科学与工程学院，河北 石家庄 050018）

为了有效提高盲人出行的安全性和便利性，设计了一种智能巡航导盲车。该导盲车通过利用超声波传感器、GPS定位系统、蓝牙通信以及Android百度地图SDK开发等技术，实现了盲人在出行时依靠导盲车进行避障、导航、路线规划、语音预警等功能。经实践测试，该导盲车具有操作简单、避障精度高的优点。

导航；避障；GPS定位；智能小车

目前，全国盲人数量达到了600～700万人，视力残疾人数达到了1 263万人。在世界各地培养一只导盲犬需要花费大量的时间、人力、财力，这样导致培养导盲犬成本较高，无法使其在大众盲人生活中普及，针对此现状，设计开发了一种智能巡航导盲车，其基于机器替代导盲犬，节约成本，方便盲人的出行。

1 系统结构

目前，智能避障小车有多种类型，但是归纳起来主要具备寻迹和避障两种功能，而不具备导航功能[1-2]。针对盲人出行的实际需求，设计了一款基于手机控制的智能巡航导盲车。该导盲车主要具备避障、导航、路线规划、语音提示的功能。

系统结构如图1所示。

图1 导航避障小车系统结构图

主要采用了超声波测距、GPS定位、蓝牙通信、百度地图等技术。其中，GPS定位模块负责接收小车的实时位置信息，单片机负责对GPS模块接收的位置信息进行解析，并通过蓝牙模块发送到手机，手机APP根据接收到的实时GPS位置信息和目标信息进行路线规划，然后语音提示给盲人用户，实现导盲功能。超声波测距模块的主要功能是，小车在行进过程中，实现对障碍物的测距，并自动进行避障和语音报警提示，确保盲人用户的行进安全。

2 系统硬件设计

2.1 STC90C516RD单片机

STC90C516RD单片机由宏晶科技推出，具有抗干扰强、功耗低、运算速度高的特点，指令代码与8051单片机兼容，机器周期可以选择12时钟或者6时钟，时钟频率低于 12 MHz时，复位引脚可直接接地。

单片机引脚图如图2所示。

图2 单片机引脚图

2.2 电机驱动电路

智能巡航导盲车的驱动电路模块采用L298N专用驱动集成电路。L298N芯片具有输出电流大、功率高的特点，输出电压最高可达50 V，可以驱动一个四相电机或驱动两个二相电机，芯片输入端可以与单片机直接相联，电路设计简单，使用方便。

L289N驱动电路如图3所示。

图3 L289N 驱动电路

2.3 GPS导航模块

GPS导航模块采用UBLOX 6M GPS模块，该模块具有灵敏度高、体积小、功耗低、灵敏度高、定位覆盖面大、静态漂移小等优点，常用于车载、手持设备、摄像机等移动定位系统。UBLOX 6M GPS模块自带SMA接口，可以连接各种有源天线。模块兼容3.3 V/5 V电平，与单片机连接方便。

2.4 测距避障模块

系统的测距避障模块采用HC-SR04超声波接近传感器。HC-SR04的供电电压为5 V，工作电流为15 mA，测量角度为15°，工作范围为2～400 cm，具有体积小、精确度高、价格低等优点。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

2.5 蓝牙模块

系统中单片机和手机之间的通信采用蓝牙通信技术实现[3]，蓝牙模块选用HC-05模块，本模块具有自动连接和命令响应两种工作模式。在命令响应模式下，可以通过进行AT指令配置，与单片机直接相连，实现透传功能。HC-05模块引脚图如图4所示。

图4 HC-05模块引脚图

3 系统软件设计

3.1 手机APP开发设计

基于Android Studio进行开发，手机APP主界面如图5所示。手机APP端主要包括以下功能模块。

3.2 导盲车启停控制模块

手机APP通过蓝牙通信模块向单片机发送启停指令，控制小车的启停。

3.3 导航及路线规划模块

本模块采用Android百度地图SDK开发实现[4]。通过在百度地图开发者平台上申请API Key，在系统APP中加入百度地图的Android版SDK。

本模块对通过蓝牙传来的GPS实时位置信息进行实时解析，实时规划、调整行进路线，提供导航功能。

图5 系统APP界面

4 性能分析

智能巡航导盲车成品如图6所示。

图6 导盲车实物图

经实践测试，通过采用课题设计的导盲车可以有效地指引盲人出行，出行者只需一部手机即可实现对导盲车的实时操控，操作简单、精确度高。

［1］丁佳乐，黎顺，康郢芮，等.基于安卓手机的多功能智能小车［J］.物联网技术，2019，9（12）：83-84，87.

［2］武斌，王琦，袁文囿，等.超声波倒车雷达系统设计［J］.科技创新与生产力，2017（12）：110-113.

［3］吴杰，王小妮，刘鹏，等.智能小车蓝牙通信模块设计与实现［J］.北京信息科技大学学报（自然科学版），2019，34（6）：64-69，75.

［4］刘丹.基于百度地图的多点导航系统实现［J］.辽宁工业大学学报（自然科学版），2019，39（6）：359-362，365.

2095－6835（2020）20－0123－02

TN929.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.052

河北省高校创新创业教育教学改革研究与实践项目；大学生创新创业课题

李爱宁（1982—），男，河北武邑人，副教授，研究方向为智能终端开发设计。

〔编辑：张思楠〕