基于STM 32的盲人避障仪设计
基于STM32单片机的智能盲人助行器
基于STM32单片机的智能盲人助行器摘要：本设计是一种基于STM32F4系列芯片为主控的具有自主反馈前方路段信息的盲人助行器, 可以适应生产发展的需要，利用原有助行器, 在此基础上，增加合理的传感器,并进行的数据融合与反馈,从而提高设备的稳定性及可靠性。
此外还可实现数字化控制，各模块单元均以微处理器为控制核心，主要利用软件程序实现自动控制方案。
某些方面具有创新和独特性，它功能强大、控制灵活、精准度高、动态响应快、可靠性高、适用范围更广等优点。
关键词：智能盲人助行器；STM32单片机； HC_SR04超声波;1、设计背景及意义背景:目前我国盲人或者弱视人群在国内的人数非常庞大, 在2020年盲人数量约为830万人，占全球失明人口的21%左右，且每年新增盲人数量已经达到40万以上。
无论是由先天或者后天的视力缺陷, 盲人或者弱视人在生活中都相比于正常人存在很多的生活不便,在这其中安全出行已经成为盲人及弱视力人群的一大主要生活障碍。
随着科技和社会的发展，在人们生活质量日新月异地提高的同时，也使得我们的生活环境变得越来越嘈杂，交通环境复杂多变，使得盲人独立出行的困难越来越大,甚至部分盲人几步不出门。
在这一背景下,设计出一种可以安全可靠能切实帮助盲人的助行器,使得盲人能够最大可能的了解道路、障碍物等实时信息,以提高盲人及弱视力群体的生活水平。
意义:目前我国盲人或者弱视人群在国内的人数非常庞大, 在2020年盲人数量约为830万人，占全球失明人口的21%左右，且每年新增盲人数量已经达到40万以上。
无论是由先天或者后天的视力缺陷, 盲人或者弱视人在生活中都相比于正常人存在很多的生活不便,在这其中安全出行已经成为盲人及弱视力人群的一大主要生活障碍。
随着科技和社会的发展，在人们生活质量日新月异地提高的同时，也使得我们的生活环境变得越来越嘈杂，交通环境复杂多变，使得盲人独立出行的困难越来越大,甚至部分盲人几步不出门。
基于STM32的盲人导航系统设计
基于STM32的盲人导航系统设计随着科技的不断进步，盲人生活中的很多问题也得到了一定的解决和改善。
盲人导航系统便是其中之一。
该系统可以帮助盲人更加自由地进行出行，提高他们的生活质量。
在这篇文章中，我们将介绍基于STM32的盲人导航系统的设计原理和实现过程。
一、系统概述盲人导航系统是一种通过语音提示或者震动提示，帮助盲人进行导航的设备。
该系统可以利用声纳或者激光传感器进行环境感知，并通过定位算法确定盲人的位置和方向，从而给出相关的导航信息。
基于STM32的盲人导航系统将通过该芯片的强大功能和灵活性，实现高效、稳定和低功耗的盲人导航解决方案。
二、系统设计1. 硬件设计基于STM32的盲人导航系统的硬件设计主要包括STM32芯片、超声波传感器、震动提示模块、语音提示模块、电池管理模块等部分。
STM32芯片作为主控制芯片，负责接收传感器采集的数据，并进行数据处理和导航算法的实现。
超声波传感器用于环境感知，震动提示模块可以通过震动方式向盲人传达导航信息，语音提示模块则可以通过语音方式进行导航信息的传达。
电池管理模块用于管理系统的电源供给，保证系统的稳定运行。
三、系统实现基于STM32的盲人导航系统的实现主要通过以下步骤：1. 硬件连接：将各个模块按照设计要求连接到STM32芯片上，并进行相应的电源供给和信号连接设置。
2. 软件开发：针对系统设计的软件部分进行开发，包括系统初始化、环境感知、定位算法、导航信息处理等模块的编写。
3. 调试和测试：将软件部分烧录到STM32芯片上，并进行系统的调试和测试，检测系统的功能和性能是否符合设计要求。
四、系统优化在系统实现的过程中，还可以对系统进行一定的优化，以提高系统的性能和稳定性。
例如可以通过优化定位算法，提高盲人的定位精度；优化语音提示模块的语音库，提高语音提示的清晰度和准确度；优化电池管理模块，延长系统的使用时间等。
五、系统应用基于STM32的盲人导航系统可以应用于盲人的日常生活中，帮助他们更加方便、快捷地进行出行。
基于STM32的盲人导航系统设计
1220 引言盲人群体是社会中需要关心的弱势群体, 全世界每5秒钟就有一个人失明,90%的盲人在发展中国家。
根据调查显示,中国是世界上盲人数量最多的国家之一,平均每年会有40万人失明,盲人问题已经是我国严重的社会问题之一。
出行一直是盲人较为关心的问题,市面上现有的导盲设施大多功能单一、操作困难、价格昂贵,经常为盲人带来使用上的不便,为此设计了一款功能多样的导盲系统,帮助解决广大盲人群体的出行问题,缓解社会压力、提高社会服务。
1 系统组成及原理分析系统总体框图如图1所示,该导航系统以STM32 微处理器为控制核心。
系统由以下模块,组成:主控制器;超声波探测模块实现障碍物的探测;语音播报模块实现语音提示和语音控制;图像识别模块识别红绿灯;GPS模块实现导航;电源模块[1]。
2 系统硬件设计系统硬件设计包括控制器选用、超声波模块设计、图像识别模块设计、GPS导航模块设计、电源电路。
2.1 控制器设计本导盲系统选用STM32F103RCT6作为控制核心器件,该控制器是一种嵌入式-微控制器,也是32位的基于ARM核心的微处理器,集成了ARM32位Cortex TM -M3 内核。
该芯片低电压性能强、耗能低、性价比高、稳定性好、程序都是模块化,接口相对简单些 。
在该系统设计中主要用来进行数据处理及控制[2]。
2.2 超声波模块设计该模块由超声波发射电路、超声波接收电路以及报警提示电路组成。
在此模块中,单片机STM32控制超声波发射电路发射出特定频率的方波,经障碍物反射由超声波接收电路接收信号并将信号处理,经过计算得出前方障碍物距测距点的距离,当距离小于安全距离,报警提示开始工作[3]。
(1)超声波发射电路。
单片机利用压电式超声波换能器的压电晶片共振产生超声波,实时检测前方和左右两侧是否有障碍物,同时单片机开始计时,实现超声波的发射。
采用的超声波传感器是一种固有频率为40KHz,开放型的HC-SR04超声波传感器,该传感器采用IO口TRIG触发测距。
基于STM32微控制器的智能盲人导航仪的设计
㊀山西电子技术２０１９年第１期应用实践㊀收稿日期:２０１８－１０－２０基金项目:南京林业大学大学生实践创新训练计划项目(２０１７ＮＦＵＳＰＩＴＰ２２７)作者简介:王思丞(１９９７￣)ꎬ男ꎬ江苏沭阳人ꎬ本科生ꎬ专业电气工程及其自动化ꎮ文章编号:１６７４￣４５７８(２０１９)０１￣００２５￣０３基于ＳＴＭ３２微控制器的智能盲人导航仪的设计∗王思丞ꎬ徐㊀磊ꎬ徐㊀帅ꎬ穆㊀蕾ꎬ郭天威ꎬ王子岩(南京林业大学信息科学技术学院ꎬ江苏南京２１００３７)摘㊀要:随着单片机技术和以单片机为核心的微型控制装置的发展ꎬ为盲人导航系统的设计和功能的多样化带来了更多可能性ꎮ该系统在超声波测距以及ＧＰＳ定位等现代化的技术的基础上提出与ＴＣＳ３２００颜色传感器相结合的构想ꎬ设计出了一种更加合理㊁智能的导盲系统ꎬ在经过测试后ꎬ达到了实际应用的要求ꎮ关键词:颜色识别ꎻＳＴＭ３２ꎻＧＰＳ模块ꎻ超声波测距ꎻ导盲中图分类号:ＴＰ２１６㊀㊀文献标识码:Ｂ０㊀引言盲人作为社会上一类特殊群体ꎬ如何让他们能够更安全地独立行走ꎬ越来越受到世界各国学者的关注和重视[１]ꎮ目前ꎬ各种协助盲人行动的仪器已经开发出来ꎬ特别是近年来越来越人性化的引导系统的研究和开发ꎬ为盲人的出行带来了方便ꎮ传统的智能导航仪缺乏对于红绿灯交叉路口检测ꎬ使盲人无法感知交叉路口的存在而容易发生危险ꎬ本文采用一种基于ＳＴＭ３２高性能控制器的智能盲人障碍检测系统ꎬ不仅采用超声波测距报警模块感知周围障碍ꎬ而且利用颜色传感器ＴＣＳ３２００识别红绿灯ꎬ在红绿灯交叉路口处对盲人进行提示ꎮ利用ＧＰＳ导航系统模块对于盲人地点定位ꎬ使其到达交叉路口时再开启红绿灯识别系统ꎬ避免颜色识别混乱ꎮ实验表明该系统可以帮助盲人对交叉路口进行感知ꎬ从而减少危险性ꎮ１㊀系统工作原理利用系统中设置的超声波模块获得障碍物的距离信息ꎬ与事先设定的报警距离最小值进行比较ꎬ低于最小值时候进行语音报警ꎮ通过可编程增益和数字电位器获得超声回波的强度信息ꎬ经过单片机处理后ꎬ为盲人提供更丰富的信息ꎮ红外传感器用于测量物体和物体前面的人的温度ꎬ并确认物体前面的障碍物是否为人ꎮ超声系统和红外系统通过软件编程相结合ꎮ二者相辅相成ꎬ使导航更加精确ꎮ此外ꎬ本导盲系统提出ＧＰＳ定位功能与ＴＣＳ３２００颜色传感器相结合的方法ꎬ能够只在红绿灯交叉路口识别红绿灯的状况ꎬ从而使盲人判断是否应该过马路ꎬ提高安全系数和自主能力ꎮ２㊀系统硬件组成及各模块功能２.１㊀系统硬件结构设计超声波模块功能:当用户前方出现障碍物时超声波模组对障碍物进行测距ꎬ将测得数据反馈给单片机ꎬ由单片机处理后判断是否进行语音提示ꎮ红外模块功能:当用户前方有行人经过时红外模组对人体温度进行监测ꎬ将数据反馈给单片机ꎬ若经处理后的数据在人的体温范围内ꎬ则进行语音提示ꎮ本系统采用人体红外传感器(ＰＩＲ)模块ＨＣ－ＳＲ５０１ꎮ图１㊀系统硬件结构图２.２㊀系统主控制器选择由于本系统对检测准确性与实时性要求较高ꎬ摄像头与处理器的选择就显得尤为重要ꎮ本系统采用ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ４内核的ＳＴＭ３２Ｆ４０７芯片作为核心控制器ꎮ该芯片工作频率可达到２００ＭＨｚ以上ꎬ其外设８个ＵＡＲＴ㊁６个Ｉ２Ｃ㊁４个ＳＰＩ㊁２个ＣＡＮ和硬件数字摄像头接口[２]ꎮ２.３㊀超声波模块电路设计在超声波模块电路中ꎬ发射端接收到单片机发送的一系列方波ꎬ其宽度为发射超声的时间间隔ꎬ被测物距离越大ꎬ脉冲宽度越大ꎬ输出脉冲个数与被测距离成正比ꎮ超声波测距适用于高精度的中长距离测量ꎮ此系统的测量精度理论上可以达到毫米级ꎮ２.４㊀红外传感器(ＰＩＲ)模块电路设计ＨＣ－ＳＲ５０１是基于红外线技术的自动控制模块ꎬ采用ＬＨＩ７７８探头设计ꎬ具有灵敏度高㊁可靠性强的特点和超低电压工作模式[３]ꎮ人类恒定的体温一般在３７度左右ꎬ因此波长１０ＵＭ左右的红外线ꎬ人体发射的红外线聚集到红外感应源上ꎮ红外感应源通常采用热释电元件ꎬ这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡ꎬ向外释放电荷ꎬ后续电路经检测处理后就能产生报警信号ꎮ在本设计中需将ＨＣ－ＳＲ５０１跳线设置为连续检测模式ꎮ图２㊀ＨＣ－ＳＲ５０１电路２.５㊀ＧＰＳ定位模块电路设计单片机通过串口向ＧＰＳ模块ＧＡＲＭＩＮＧＰＳ２５ＬＰ发送命令ꎬ读取当前的方位信息ꎬ根据方位信息数据结构的特点ꎬ接收ＧＰＳ模块送入单片机串口的精度数据ꎬ只有处于交叉路口时才使定位在红绿灯时候的颜色传感器工作ꎬ以避免采集色光混乱ꎮ２.６㊀颜色识别模块电路设计三基色ＲＧＢ色彩模式被作为常用的颜色标准ꎬ即通过对三个颜色通道之间的叠加来得到各式各样的颜色的ꎬＲＧＢ代表着红㊁绿㊁蓝三通道的颜色ꎬ这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色[４]ꎮ基于此理论ꎬ只需检测出了颜色信号中的红㊁绿㊁蓝三种颜色的比例值ꎬ就可以判断出颜色ꎮ图３㊀颜色识别工作过程目前常用的颜色传感器通常是把经过修正的红绿蓝滤光片覆盖在独立的光电二极管上ꎬ需要对输出信号进行相应的处理才能将颜色信号识别出来[５]ꎮ工作时所需要的滤波器是通过两个可编程的引脚来动态选择的ꎬ输出频率范围从２Ｈｚ~５００ｋＨｚꎬ输出比例因子或电源关断模式可通过两个可编程引脚来选择[６]ꎮ图４㊀ＴＣＳ３２００工作电路３㊀系统软件流程设计本系统采ＳＴＭ３２Ｆ４０７单片机Ｃ语言编程ꎬ通过主芯片对各子程序进行控制ꎬ子程序包括:超声波测距子程序ꎬ红外感知子程序ꎬＧＰＳ定位子程序ꎬ颜色识别子程序ꎮ由主程序对各个子程序送来的数据进行处理后判断下一步如何进行ꎮ如:ＧＰＳ定位子程序与颜色识别子程序配合识别红绿灯功能ꎮ当用户走到有红绿灯的路口时ꎬＧＰＳ定位系统程序经过一系列的算法运行后将用户所在位置通过ＧＰＲＳ模块发送颜色识别模块ꎬ颜色识别子程序开始运行识别６２山㊀西㊀电㊀子㊀技㊀术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年㊀红绿灯并将结果反馈给单片机ꎮ主程序设计如图５所示ꎮ图５㊀主程序图４㊀测量数据在室温条件下ꎬ采用平整混凝土墙壁作为反射面进行测量ꎬ使用钢卷尺测量实际距离作为标称值ꎬ其中卷尺精度１ｍｍꎬ测量距离为该位置上３次测量数据的平均值ꎮ测试结果如表１所示ꎮ表１㊀距离测量误差数据对比序号标称值(ｃｍ)测量值(ｃｍ)绝对误差相对误差(％)１２０２０.１０.１０.５２３０３０.１０.１０.３３３４０３９.９０.１０.２５４５０５０００５６０６０.２０.２０.３３６７０６９.９０.１０.２８㊀㊀对得到的数据进行分析ꎬ得到测试结果ꎬ最大偏差为０.２ｃｍꎬ最大相对误差为０.３３％ꎬ平均相对误差为０.２８％ꎬ总体上达到了对精度的要求ꎮ外界因素会对红外模块的工作产生影响ꎬ如果某物体的温度在系统所设定的范围内就会被误判为是人ꎬ而不进行语音提示ꎬ这样就造成系统判断错误ꎬ影响导盲ꎮ５㊀结论本导航仪采用了ＧＰＳ与颜色传感器识别红绿灯㊁超声波测距㊁红外识别障碍的技术ꎬ根据实际情况对盲人进行语音提示ꎬ实现了智能导盲ꎬ给予盲人及视力不佳的老年人独自外出时更加安全的保障ꎬ有着极大的社会意义ꎮ参考文献[１]㊀夏岳勇ꎬ杨峻.盲人导航仪[Ｊ].医疗设备信息ꎬ２００７ꎬ２２(１):１１１－１１３.[２]㊀徐勇ꎬ张一圣ꎬ王军.基于ＳＴＭ３２微控制器的纸张缺陷检测系统[Ｊ].山西电子技术ꎬ２０１７(５):４０－４２.[３]㊀陈楠.Ａｕｔｏｃａｄ中图层颜色的设置及应用[Ｊ].科技创新导报ꎬ２０１０(３６):３５.[４]㊀王东ꎬ莫先.基于ＳＴＭ３２和ＨＣ－ＳＲ５０１智能家居的智能照明系统设计[Ｊ].重庆理工大学学报(自然科学)ꎬ２０１６ꎬ３０(６):１３５－１４２.[５]㊀蒋瑞挺.察 颜 观 色 的利器 颜色识别系统[Ｊ].电子制作ꎬ２０１１(９):３３－３５ꎬ８.[６]㊀ＴＣＳ３２００颜色传感器使用说明[Ｚ].北京雁林电子ꎬ２０１８.ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＢｌｉｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２ＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＷａｎｇＳｉｃｈｅｎｇꎬＸｕＬｅｉꎬＸｕＳｈｕａｉꎬＭｕＬｅｉꎬＧｕｏＴｉａｎｗｅｉꎬＷａｎｇＺｉｙａｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１００３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔａｋｉｎｇＳＣＭａｓｉｔｓｃｏｒｅꎬｍｏｒｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓａｒｅｂｒｏｕｇｈｔｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｂｌｉｎｄ.ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｍｏｄｅｒｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇａｎｄＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃｏｍｂｉｎｅｗｉｔｈＴＣＳ３２００ｃｏｌｏｒｓｅｎｓｏｒａｎｄａｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｕｉｄｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ａｆｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇꎬｉｔｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｌｏｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻＳＴＭ３２ꎻＧＰＳｍｏｄｕｌｅｓꎻｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇꎻｎａｖｉｇａｔｉｏｎ７２㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王思丞ꎬ等:基于ＳＴＭ３２微控制器的智能盲人导航仪的设计。
基于STM32单片机的智能导盲机器人设计
图1 智能导盲机器人定位模块、姿态解析模块、电机驱动模块等组成。
智能导盲机器人以STM32 MCU单片机为主控核心，盲人可通过导盲手柄控制和启停智能导盲机器重庆市教育系统科技创新课题项目。
何杰，重庆科创职业学院，副教授，研究方向：智能产品设计、智能控制技术。
收稿日期：2020-04-15，修回日期：2020-06-10。
期（总第322期）2020年7月（2）WiFi模块电路设计。
智能导盲机器人无线通信采用ESP8266无线WiFi收发模块电路，如图3所示，它是智能导盲机器人的无线通信接口，单片机通过ESP8266无线WiFi收发模块与上位机进行数据发送与接收以实现远程控制和访问的目的。
（3）步进电机模块。
智能导盲机器人电机驱动电路如图4所示，当上位机与MCU单片机完成路径规划后，MCU将控制信号通过I/O接口驱动电机完成前进、左转、右转、后退以到达正常行走的目的。
（4）姿态模块电路设计。
智能导盲机器人姿态由MPU6050精密陀螺仪来判断机身姿势和行走的速度，将采集的信息传输给MCU主控芯片，主控芯片根据机器人现有姿势和速度输出相应指令控制驱动电机对机器人的姿势和速度进行调整，以达到平衡的（6）超声波避障模块电路设计。
由于红外传感器的探测范围有限，为了使导盲机器人可以探测3 软件设计智能导盲机器人软件设计是以系统设计为基础，满足智能导盲机器人的各项功能，程序设先将各类传感器模块、电机驱动模块、姿态模块、GPS模块、无线通信模块等，开发软件将各功能进行程序模块化设计，再将采集各类信息传送给MCU单片机进行检测、判断和执行相应程序算法等，让智能导盲机器人安全到达目的地。
主要程序设计流程图如图9所示，主程序主要由开始启动、初始化各系统模块、等待上位机指令、是否启动前进、避障、导盲、到达目的地等。
智能导盲机器人通过与上位机交互完成路径规划、智能导航、避障等，有效解决盲人出行难题。
随着人工智能不断开发、应用、技术不断成熟和发展，安全性能有了很大的提高，智能导盲机器人对于盲人导盲、道路探测、智能避障、以及物资运输、防灾救援、生命迹象探测、道路巡视等有着，智能机器人将不断改善人类生活方式、改变世界、已经成为人类生活中不可缺少的一图2 MCU主控芯片电路图图3 串口无线WiFi收发图4 电机驱动图5 陀螺仪电路图6 红外传感器模块图7 超声波测距图8电源模块图9 智能导盲机器人原理。
基于STM32的盲人导航系统设计
基于STM32的盲人导航系统设计
盲人导航系统是一种通过声音或触觉等方式向盲人提供导航指引的设备。
本文将介绍
一种基于STM32的盲人导航系统设计。
该系统主要由STM32 微控制器、声音输出模块、触觉反馈模块以及外部传感器组成。
系统使用外部传感器（如超声波传感器或红外传感器）来检测盲人周围的障碍物。
传
感器将检测到的距离信息传输到STM32微控制器。
接下来，STM32微控制器会根据传感器的数据判断盲人行进的方向和当前位置，并计
算出最佳的路线。
STM32微控制器通过声音输出模块将导航指令以声音的形式传达给盲人。
左转时会发出左转的声音提示，右转时会发出右转的声音提示。
系统还配备了触觉反馈模块，可以通过振动或触觉来提供导航指引。
当盲人需要转弯
或有其他特殊情况时，触觉模块会向盲人发送相应的反馈信号，帮助盲人正确地行走。
整个系统的设计目标是简单、可靠且易于操作。
STM32 微控制器作为系统的核心控制
单元，具有良好的性能和稳定性。
声音输出模块和触觉反馈模块提供了多种导航指引方式，适应不同盲人的需求。
外部传感器用于检测盲人周围的环境，以确保盲人的安全。
通过合
理的设计和优化，可以提高盲人的行走能力和生活质量。
基于STM32的盲人导航系统设计能够有效地帮助盲人进行导航，并提供声音和触觉等
多种导航指引方式。
这种设计具有简单、可靠和易于操作的特点，为盲人提供更好的生活
体验。
基于STM32微处理器及GPS的智能导盲手杖的设计
基于STM32微处理器及GPS的智能导盲手杖的设计智能导盲手杖是一种利用现代技术，在导盲人士行走时提供导航和避障功能的设备。
本文将介绍基于STM32微处理器及GPS的智能导盲手杖的设计。
首先，我们选择了STM32微处理器作为智能导盲手杖的核心控制单元。
STM32微处理器具有高性能、低功耗和丰富的外设接口等特点，非常适合用于本项目。
接下来，我们将在智能导盲手杖上加入一个GPS模块。
GPS模块能够接收卫星信号并计算出当前位置的经度和纬度信息。
这样就可以通过导航算法，将导航指令传达给导盲人士。
导盲人士只需按照手杖上的指示前进，就能够准确地到达目的地。
除了GPS模块，我们还会加入一些其他的传感器来完善智能导盲手杖的功能。
例如，我们可以加入超声波模块来检测前方障碍物的距离，并在手杖上加入蜂鸣器和振动器来提醒导盲人士。
当手杖接近障碍物时，蜂鸣器会发出警报声，而振动器则会震动，提醒导盲人士注意。
此外，我们还可以加入一个声纳传感器，用于检测周围环境的声音和声源的方位。
这样可以帮助导盲人士更好地感知周围环境，进一步提高行走安全性。
为了提供更好的用户体验，我们还会在手杖上添加一个触摸屏显示模块。
通过触摸屏，导盲人士可以方便地调节手杖的设置，例如导航目的地、语音提示频率等。
最后，为了确保智能导盲手杖的稳定性和耐用性，我们设计了一个简洁而坚固的手柄结构。
手柄采用防滑材质，能够确保导盲人士在使用手杖时的牢固握持。
手杖的主体部分则由耐用的材料制成，能够经受住日常使用中的冲击和摩擦。
总结起来，基于STM32微处理器及GPS的智能导盲手杖设计是一种依托现代技术实现导航和避障的设备。
通过使用GPS模块、超声波传感器、声纳传感器和触摸屏等多种技术和传感器，能够提供准确的导航功能和周围环境感知能力，帮助导盲人士安全、便捷地出行。
此外，坚固而简洁的手柄结构也能够提供稳定的使用体验。
基于STM32单片机的智能避障系统的设计
基于STM32单片机的智能避障系统的设计智能避障系统是一种常见的应用于机器人、无人驾驶车辆等领域的技术，它能够感知周围环境并通过控制器实现自主避免障碍物的功能。
本文将介绍一种基于STM32单片机的智能避障系统的设计方案，并详细探讨其硬件电路和软件算法的实现。
一、系统概述智能避障系统主要由感知模块、控制模块和执行模块组成。
感知模块负责采集环境信息，如距离、角度等；控制模块根据感知模块提供的数据做出决策；执行模块实施决策并执行相应操作。
本设计采用STM32单片机作为控制模块，并配合相关传感器和执行器实现系统功能。
二、硬件电路设计智能避障系统的硬件电路设计涉及到传感器的选择与连接、STM32单片机的配置与控制等方面。
1. 传感器选择与连接为了感知周围环境，我们选择了超声波传感器作为避障系统的感知模块。
超声波传感器能够测量物体与传感器之间的距离，并将测量结果转化为电信号输出。
我们将超声波传感器与STM32单片机的GPIO口进行连接，用于接收超声波传感器输出的距离数据。
2. STM32单片机的配置与控制我们选择了STM32单片机作为智能避障系统的控制模块。
在电路设计中，需要配置STM32单片机的引脚功能，使其能够实现与其他模块的通信。
同时，我们需要编写相应的软件程序，通过读取传感器的数据并进行算法处理，实现智能避障的功能。
具体的配置与控制方式可以根据实际需求进行设计。
三、软件算法实现智能避障系统的软件算法实现主要包括信号处理和决策控制两个部分。
1. 信号处理在信号处理部分，我们需要对传感器输出的距离数据进行处理和分析。
可以利用滤波算法对数据进行平滑处理，去除噪声干扰，提高测量精度。
同时，还可以采用合适的算法将传感器输出的距离数据转化为障碍物的具体位置和形状信息，为后续的决策控制提供有价值的数据。
2. 决策控制在决策控制部分，我们可以根据距离数据和系统设定的规则，制定相应的决策策略。
当系统检测到障碍物时，可以通过控制执行模块来避免碰撞。
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现 有的 盲人避 障仪 多是只能发 出 呜
叫提示 音，也 无指示 灯提醒 旁人有 盲 人 行走 ，功能方 面存 在诸 多不足 ，本文提
出 的 一 种 基 于 ｓｔｍ３２的 多功 能 超 声 波 测
距 的 导 盲 仪 ，可 以较 好 地 解 决 以 上 问 题 。 系统 结构 主要包 括超声 波模块 、电子 罗
盘 定 位 模 块 、光 敏 电 阻 模 块 、语 音 模 块 。
系统总体结构如图 ｌ。
ｌ超声波模块
图ｌ系统总体结构图
■ ｌ＿１测 距 原 理
３光敏 电阻模块
压 电式超声波 换能器 ，利 用压 电晶体 的谐振 来工作。它有 两
个压 电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉；中信号 ，其频率等于
接 收到超声波 时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为 电信号 ，
就成 为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输 出一 系列脉；中方
采用低 功耗、价格低 廉、语音效 果好 ，播放 人性化 的语音芯
波，脉 ；中宽度越大 ，输出的个数越多，能量越大 ，所能测 的距离也 片实现。 美国 ＩＳＤ公 司出品的 ＩＳＤ１４２０，该芯 片音信 号不经过转
种固有 频率为 ４０ｋＨＺ，升放型 的传 感器。 电路采用 由双 非门组成
该避障仪 以 ＳＴＭ３２单 片机 为主要控 制芯 片加以多电源供 电，
的 ３个 ＲＣ振荡 电路 ，振 荡器的振荡信号经 ４０４９放大后直接推 动 充分利用片上资源开发出各模块功 能。帮助盲人在无需专人陪伴的
超声 波发射探 头。 电容 ｃｌ起 到隔离直流 的作用 ，二 极管 Ｄｌ、Ｄ２ 情况下 ，独立外出行走，有利于促 进盲人 的身心健康 ，也可以在一
７２ 限 制 电 压 。
定程度减少陪护人员的工作量，更可以帮助盲人建立 自信心 ，快乐
接收 部分功能 ：对 接收到 的信号进行 滤波和放 大，处理成 电 的生 活 。如 果 再 可 以实 现 与 ＭＰ３交 互 ， 自动测 速 ，则 更 加 人 性 化 。
路可 以接收的电平信号。运算放 大器放大接收到超声波信号后，信
考虑到夜 间行走的可 能性 ，故添 加了光敏 电阻模块 ，夜 间闪
压 电 晶片 的 固 有 振 荡 频 率 时 ，压 电 晶 片将 会发 生 共 振 ，并 带 动 共 振 光指 示灯可 以提醒行人注意有盲人通过，提高盲 人出行 的安全性。
板振动 ，产生超声波。反之 ，如果两电极 间未外加 电压 ，当共振板 ４语音模块
信号采集 单元负责 输出 电子罗盘确定 的方位 角，从而确定盲 人的运动方位 ，单片机和 Ｅ２ＰＲＯＭ 用来 存储行走轨迹 以及 电子 罗 盘 所 确 定 的 方 位。
参考文献 ：
ｆ１】张毅刚 单片机原理及应用 【Ｍ１北京 ：高等教育出版社 ，２００４． ［２】甘德成 ，刘建欣 多功能超声导 盲仪 设计 ［期刊论文 ］－宜宾学院学报 ２０１２１０６】 ［３】周炜炜 ，沈剑峰 ，张剑 电子产 品世界论 坛光 电导盲仪 ，ｈｔｔｐ：／／ｆｏ ｒ ｕｍ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｔｈｒｅａｄ／２４８６１８／１，２０１５１７１２３ 【４］张喜 民，房 师文 ，孙鹏 博 ＩＳＤ１４２０语音芯片在单片机测量 系统 中的 应用 ［期刊论文 ］－电测与仪表 ２０００１１０】
电子基础
基 于 ＳＴ Ｍ ３２的 盲人 避 障仪 设 计
作者 ／罗凤、徐观亚、汪衡、刘芳、张潇，西南科技 大学
文章摘要 ：本文系西南科技大学大学生创新基金项 目资助，项 目编号ＣＸＩ５—０８０。摘要 ：针对盲人安全避 障问题 ，讨论了一种基于Ｓ ｒＭ３２单片机的超声波测距 的导盲系统。阐述了该系统各模块工作原理 ，系统结构设计。从设计结果来看，该避障仪基本实现了预设的各项功能，能达到帮 助盲人安全出行的 目的。
越 远 。 【ｌ】
换直接以原来状态存储 到内部存储器。 可以提供真实自然的音乐 、
一 １．２模块功能及说明
语言、声音等，音质不会 受到影响。同时不需专用语音开发工具。
发 射 部 分 功 能 ：实 现 超 声 波 信 号 的 发 射 ， 单 片 机 不 断 发 射 超
５结柬语
声波信号，实时检测前方是否有障碍物。采用的超声波传 感器是一
号经二极管整流 ，成为直流 电压 ，再与基准电压放 大器 ４５５８ Ｃ比较，
结果 由ＴＰ端输出。如果接 收探头接收到超声波信息 ，ＴＰ为低电平 ，
反之 为 高 电平 。
２电子罗盘定位模块
图 ２ 电子 罗盘定位模块流程图
本模块主要 是利用 电子罗盘 ，对 盲人的运动 方向进行 实时测 量，单片机 以及外 围扩展 的 Ｅ２ＰＲＯＭ按照 一定 的时间间隔来记录 盲人的运动方位 ｌ ３＿，从而实现了盲人行走轨道的存储记忆功能。本 部 分 电路 主 要 的 构 造 为 ： 电子 罗 盘 组 成 的 信 号 采 集 单 元 ：盲 人 行 走 方向 的检 测单元 ：以单片 机为处理器 的方位确定 以及 Ｅ２ＰＲＯＭ 的 存 储 单 元 。 如 图 ２所 示 。