基于STMC89C51 的避障智能盲人眼镜设计

何月阳 欧美英 段祥瑞 伍正国 张 胜

（滁州学院机械与电气工程学院，安徽 滁州239000）

随着时代的发展，最近几年人工智能的技术在快速的发展，使我们现在的生活越来越智能化。其中，避障智能盲人眼镜的发展将会有效的解决盲人的出行问题，避障智能盲人眼镜是一种新型的基于超声波和图像识别的盲人智能导航避障眼镜，解决了盲人在行走过程中定位和躲避障碍的问题，从而提高了他们的工作和生活效率。

1 系统设计

眼镜品牌采用珐琅诗顿板材镜框模型，板材镜框是采用高科技塑料记忆板材做成的，塑料为合成的高分子化合物。镜框使用冷加工制造，精细，质量好，经久耐用。板材镜框不易燃烧，比较轻，几乎不受紫外线的照射而变色，硬度大光泽度好。

眼镜的构架主要由几个系统模块组成，它们分别是：小型单片机系统控制模块、红外线系统感应模块，超声波系统接收和发射模块，LED 灯系统警示模块、电源系统管理模块、语言系统感言模块，GPS 芯片系统追踪定位模块、高清摄像头探测模块、主从开关模块，系统的结构框图如图1 所示。

图1 避障智能盲人眼镜结构框图

小型单片机系统控制模块：该模块的核心是采用STC89C51小型单片机，该款小型单片机体积小，质量轻，便于在眼镜上使用，并且该小型单片机还是一种微控制器，具有消耗低、性能高的优点。障碍物系统检测模块：采用多个超声波测距传感器来实现测距的功能，与此同时，每组的超声波的接收与发射模块会接收信号，以此来判定前方是否有障碍物。当检测模块接收到超声波接收与发射模块带来的返回信号时，计数器将会被中断。检测的探头通过驱动器进行驱动以后，产生超声波，超声波系统接收与发射模块的电路采用已有的电路模块，这样可以节约工作时间，提高工作效率。

信息系统反馈模块：该模块要求当障碍物系统检测模块检测到前方有障碍物阻拦时，单片机系统控制模块就会对此种情况进行分析，从而来计算出人与障碍物之间的距离，将这个计算得到的距离传输给信息系统反馈模块，蜂鸣器就会根据不同的距离发出不同频率的报警声音。

发光二极管系统警示模块：是由8 个发光二极管灯和光敏电路组成。当光线足够强时，灯熄灭；当光线暗淡时，发光二极管点亮。增加发光二极管的功能特性，同时也提高了发光二极管的安全性。其次，发光二极管的功耗低、亮度高，性能高的优点也跟我们此次创新节能的要求完全相符和。

红外传感器系统模块:当前方遇到障碍物的时候，红外发射管发射出去的红外光经障碍物反射之后被红外接收管接收，其输出会立即发生高低电平的转换，该信号经由放大电路放大之后被送入单片机系统控制模块，之后由单片机系统分析处理后做出前方有障碍物的判断，从而可以对盲人的前进方向做出修正。

电源系统管理模块：该模块的9V 电压是由可充电电池来供给的，通过LM7805 转换成5V 的电压，为系统提供一个相对稳定的电源。整个系统以晶振为信号源，来控制系统工作。整个系统的结构电路图如图2 所示。

图2 系统结构电路图

2 基本模块布置图

图3 避障智能盲人眼镜模块布置图

避障智能盲人眼镜的基本模块布置图如图3 所示，当盲人需要出行时，可以用手来拨动控制开关，来接通各个模块。盲人出行时眼镜上安装的摄像头会实时监测周围的环境。当遇到障碍物时LED 灯就会发出警示，随后红外感应器和超声波接收发射器就会收到信息并对此信息进行处理分辨来提示盲人前方是否有障碍物。GPS 芯片可以对盲人的行动路线进行实时追踪，主控芯片则是用于连接耳机和语言感应模块，当盲人需要获取周围环境信息时可以触碰耳机外部旋转按钮模块，等待三秒便可以说出指令，当该模块接收到盲人发出的此指令时，语言感应系统首先会分辨此语言指令，随后会进行工作。摄像头则一直监测前方以及周围环境的状况，方便其他模块有效的运行。红外感应器和超声波接收发射器也会协同语言系统感应模块和GPS 芯片模块工作，来达到帮助盲人的目的。

3 软件结构设计

软件是采用模块化的形式设计的，程序由主程序、超声波测距程序、信息反馈程序等组成，系统软件的工作流程是：在盲人开始启动使用眼镜的时候，系统会初始化随后就会发出超声波来判断前方是否有障碍物。如果有障碍物，扬声器就会发出报警声音，之后重新回到系统初始化的状态，重复上述过程；如果前方没有检测到障碍物，则会重新发出超声波再次来判断有无障碍物。超声波发射器向一定的方向发射超声波，在超声波信号发射的时候开始计时，超声波在空气中传播，在传播的途中如果遇到障碍物就立即返回，反射波被超声波接收器接收后就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340 米/秒。

超声波传感器是利用压电效应的原理将电能与超声波相互转化，即在发射超声波时，将电能转换成机械振动而产生发射超声波;在收到回波时，则将超声振动转换成电信号,超声波测距时，在控制电路的控制下，超声波发射探头向前发射8 个超声波，当超声波在空气中遇到障碍物时，就会被反射回来，并通过超声波接收探头转换成电信号，由控制器来判别回波信号。超声波在空气中的传播速度为已知，来回穿越时间是相等的，只要测量出发射声波和接收声波的时间差，乘以传播速度，就可以计算出障碍物的实际距离。我们这款眼镜的设计主体主体是采用超声波测距离。

记录的时间可以通过定时器来看，可以计算出发射点跟障碍物之间的距离。软件实现的功能包括：控制超声波的发送与接收以及信号的实时采集实现超声波测距的计算；实现语言感应模块和摄像头的功能，能有效的进行记录和复位；遇到障碍物时能够根据障碍物的距离，语音提示不同的内容；语音提醒的同时LED 灯闪烁时，提醒行人让路；盲人按下控制开关，语音提醒就会停止（图4）。

图4 避障智能盲人眼镜机构图

结束语

盲人智能避障眼镜在硬件和软件设计上都能达到使用的基本要求，能实现设计中的各个功能。智能设备在当今时代还是十分吸引人的，有着独特的魅力。避障智能盲人眼镜如果应用到生活中可以大大的方便盲人群体，给他们带来巨大的帮助。