智能导盲拐杖
盲人智能拐杖的设计
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald77拐杖的智能化，能够真正地从服务于视觉障碍者的角度去考虑产品的设计与生产，真正满足盲人对于出行的需求，降低盲人的出行危险系数，在保障其生命安全的同时，能够让盲人朋友感受到来自社会对残疾群体的关心和关注。
随着社会经济的飞速发展，智能化设备将不断完善，智能拐杖将渐渐代替传统拐杖走进千家万户，成为盲人出行必备品。
此次研究设计的智能拐杖能够自动检测出前方1 m内出现的障碍物并进行播报（距离可以在程序中修改），当用户语音发出时间指令，系统能够自动播报当前时间。
此外，用户通过手动按动相应按钮或语音指令，能够开启L E D灯，具有一定警示功能。
1 设计原理1.1 超声波测距原理根据超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍就立即返回来，接收器收到反射波就停止计时的原理，再利用距离公式得到与障碍物的距离，从而达到测障的功能（超声波在空气中的传播速度为340 m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2[1-2]。
1.2 人机交互原理利用语音识别模块，把人说出的话语转换成相应的数据，通过R S 232串口发送到单片机中，以实现语音控制的目的。
利用实验所需的语音合成模块，可以将前方有障碍物以及播报当前时间等数据信息合成语音，实现语音播报功能。
以此利用语音识别和语音合成模块，实现了简单的人机对话功能[3]。
2 系统设计2.1 硬件设计2.1.1 主控器选择S T M 32主频高，外设丰富，有PW M、A D、DA这些常用外设，处理能力很强，专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计。
此外，由于此次设计具有语音报时功能，而STM32的内部具有实时时钟（RTC）能够实现时间的记录，该芯片的预分频模块可产生1 s 的时间基准，32位的可编程计数器实现时间记录，使用方便，只需一颗3 V纽扣电池和一个32.768 kHz晶振即可工作。
创业设计之导盲杖设计
创业训练计划书项目名称：创业设计之导盲杖设计项目负责人：申艳宏团队成员：欧学森唐天宇指导老师：***学院：物理电子工程学院班级：10级电子科学与技术目录一、摘要二、关键字三、创业项目介绍四、可行性分析五、设计原理六、创业理由七、产品卖点八、产品包装九、营销策略十、经营管理十一、售后服务十二、创业憧憬十三、创业者应具备的素质创业设计之导盲仪设计一、摘要：我们团队主要以研发服务类电子产品为创业宗旨。
以服务特殊人群或研发特定功能的电子产品为主体。
二、关键字：研发服务特殊人群电子产品：导盲杖。
三、创业项目介绍：人生活过程中95%的信息是通过视觉获得的。
盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。
如何安全行走, 是盲人生活中最大的问题。
传统的手杖使用起来有诸多不便，导盲犬的训练周期过长且价格较贵，不利于普及。
我们试图利用超声波测距实现导盲的功能，制作出使用方便、价格低廉的导盲仪。
我们这次想做一个“超声波导盲拐杖”。
它具有比较精确的智能超声波测距系统，语音震动报警等多方面组合。
超声波测距系统用来测量前方障碍。
语音震动报警主要用于发出危险信号提醒盲人，同时我们还附有震动提醒来适应耳朵失聪的人群。
四、可行性分析：我们团队的三人都是电子科学与技术专业的学生，我们想把书本知识用于实践中去。
我们分析了市场上已有的导盲拐杖，我们的的产品大致和他们的思想方法一样。
具体分析如下：超声波测距可以制作一个利用传感器超声波测距电路，盲人打开开关后，系统会一直搜索前方物体，它能做到测动态物体和静态物体（这是我们的产品和市场的成品的主要技术区别），对于静态物体，系统会给以一般提示；对于突发性较强的如车辆，它会给以比较强的震动提醒和语音提醒（人性化设计）。
使盲人能及时获得外界信息，从而保障盲人独自外出的安全。
当超声波发射装置发出的超声波被前方障碍物反射并被接收装置接收时，语音电路根据障碍物距离发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。
导盲拐杖项目
ｌ ： 一 ＿
导盲拐杖项 目
赵天菲 冯炉 谭昭
东南大学
摘 要 导 盲拐 杖是 基于超 声波 传 感器进 行创新 设 计 的蔽障 设备 。我 们将根 据项 目提 出的背景 ，
研 究 的方 向机 目的 ，设 计 的 原 理 及 电路 结 构 ，成 品 的使 用功 能介 绍 等 多个 方 面进 行介
绍。
关键 词 位 移超 声波 传感 器 ；放 大器 ；导盲拐 杖
项 目背 景
随 着 科学 技 术 的发 展 ，先 进 的 导 盲辅 助 设备 更趋 于完 善化 、人性 化 、及智 能化 。 多数市 面上 可见 的导盲 设备 大部 分为超 声 波 传 感器 的应 用技 术 ，其 中也 有红 外感应 技 术 的 应用 。 在 第 十 四 届 中 国北 京 国际 科 技 产业 博 览会上 ，中国科学 院 声学研 究所 通信 声学 实 验 室应 邀在 “ 产业 功能 区创 新成 果展馆 ” 展 出了研 制的 导盲 设备 ：超声 导盲 仪能够 提 供 前 进 路 线上 １ 米 至５ 米 范 围 内的 障 碍物 识 别 预 警服 务 ，用音 频声 的频率 和音 色变 化来 提 示 盲 人障 碍 物 的位 置 和 大 小 。该 产 品 体 积 小巧 ，可 放置 于盲 杖顶 端 ，配备 Ｇ Ｐ Ｓ 定位 系 统 ，可将 当前位 置信 息 通过 短信 息发 送 到 指 定手 机或 服务 终端 上 ，以在 紧急情 况下 获 得 及时 求 助 。 然 而 大部 分 的 导盲 设 备 都 是 探 测 前 方 静 止 的障碍 物 ，当存 在高速 运 动障碍 物快 速 出现在 使用 者前 方时 ，导 盲设 备此 时并不 能 及时 的检测 到障 碍物 ，探 测到 前方路 况 ，以 提 醒使 用者 注意 。 所 以 本 项 目小 组 希 望 研 发 一 导 盲 拐 杖 ，将超 声波 传感 器探测 导 盲技术 与盲 人常 用物 件相 结合 ，不 仅仅利 于使 用者 的携 带 ， 而且 还 可以起 到导 盲和 拐杖 的双重 作用 。本 项 目最大 的创新 点 在于利 用超 声波 位移 传感 器与 实验 电路 相连 通 ，对超 声波位 移传 感器 信号 的输 出进 行处 理后 ，与扬 声 器和振 动器 相连 接 ，从而达 到 当有 障碍物 处在 规定 距离 之 内 ，扬 声 器和振 动器 将工 作 ，从 而提 醒使 用者 前 方有障 碍物 。所 测的 障碍物 不管 是静 止 的还是 运动 的 ，都可 以及 时的提 醒使 用者 前往 有 无障碍 物 。
智能导盲杖的造型设计与技术研究
智能导盲杖的造型设计与技术研究作者：周可盈施语来源：《艺术科技》2020年第16期摘要：当今我国的视障群体出行仍有很多不便，智能导盲杖的设计不仅有助于他们在出行时能较好地识别障碍物，而且给他们的日常生活带来了极大的便利。
智能导导盲杖主要是利用超声波来探测周围环境中的信息，并将环境中的信息以其他的形式快速反馈给用户，同时该导盲杖还有基于卷积神经网络的识别人行横道线边红绿灯功能，相比传统导盲杖具有精度高、符合人机工程学、使用便捷等特点。
关键词：智能导盲;视障人群;超声波;卷积神经网络中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）16-00-050 引言我国每年将新增约45万名盲人和135万名低视力者，即每分钟将有1名盲人和3名低视力者产生。
到2020年，中国视障人口将超过5000万人[1]。
来自全国盲人预防技术指导小组办公室的数据显示，中国的盲人人数占世界总数的五分之一。
随着人们生活水平的不断提高，人们普遍希望让生活变得更为轻松和方便。
盲人作为视障人士，不仅是我们普通人中的一员，更是一个特殊的群体。
由于先天或后天的意外生理缺陷，他们不能准确及时地发现和避开障碍物，因此，提高他们生活质量、人身安全和帮助他们安全出行具有重要意义。
同时随着国家对弱势群体的关注，视障人群的呼声渐渐被听见。
1 视障人群现状视障是指视觉功能受到一定程度的损害，患者因为视觉清晰度降低或视野范围受损，视力无法达到常人水平，会对日常生活造成一定的影响。
我国视障人群根据视敏度分为一级、二级、三级和四级（如图1）。
目前随着国家、非政府组织、专业人员越来越重视这一群体，推动了一系列劳动保护、社会保障、扶贫开发等项目，使得他们的生活质量、就业水平、受教育程度均有明显提高。
2018年世界卫生组织（WHO）公布数据，在全球范围约有13亿人患有某种形式的视力损害。
其中我国视障人数量高达1700万。
在日常生活中，出行仍是视障人群亟待解决的首要问题。
盲杖
据卫生部统计数据显示：我国约有500万盲人，占全世界盲人总数的18％。
在我国，年均约有45万人失明，即几乎每分钟便会出现一例新盲人。
近年来因眼疾、外力伤害以及身体其他部位疾病所导致的失明现象呈明显上升趋势，且随着经济社会的发展、人口的增加和老龄化，新发盲人数也在不断增加。
失明或视力低下的原因人失明的主因中有三分之二是后天所造成，其中有42%是因为后天疾病，有14%是意外造成，以及职业灾害等。
根据调查显示，有42%的受访者失明的原因是后天疾病，其中有15%是因为感染或发烧导致失明，有8.75%则是因为视网膜剥离与病变，有2.5%是因为青光眼，有7%是因为视神经疾病。
目前我国有５类疾病易致盲（视力０．０５以下）或导致低视力（视力０．０５－０．３）。
白内障提到失明，许多人还是觉得很遥远，但是专家却告诉我们，其实失明离每个人都相当近。
白内障是临床最常见的致盲疾病之一，有起码3/1000的人会得这个病并且失明。
而其实每个人都可能会存在这个问题，只是程度不同而已。
角膜病在我国，角膜病是最主要的致盲眼病之一。
有关数据表明：“角膜盲人”占全部盲人总数的1/4,人数约为800万，在这些患者中，绝大多数是9岁以下的儿童以及40－69岁的青壮年人沙眼据专家介绍，沙眼是一种常见的眼科疾病，流行广，发病率也很高。
目前全世界沙眼患者达5亿人之多，其中约有600万人因角膜溃疡形成后，继发细菌反复感染而导致双目失明。
我国20世纪80年代的调查显示，沙眼的致盲率达到10．79％.沙眼仍是不可忽视的因素。
青光眼糖尿病等引起的其他视网膜疾病糖尿病视网膜病变(简称糖网病)是糖尿病眼部严重并发症之一，是糖尿病微血管病变的重要表现。
糖尿病视网膜病变在发达国家已成为成人首位致盲及视力损伤原因，严重影响患者的生活质量。
糖尿病性视网膜病变的病人中有5%的人会发生新生血管性青光眼。
而且临床上很多患者因为未能接受系统、及时、正规的治疗，最终眼睛失明。
基于STC89C52单片机对智能导盲拐杖的设计
基于STC89C52单片机对智能导盲拐杖的设计作者：陈辉方良斌谢孟宽李兵魏玉兰来源：《科技风》2018年第16期摘要：基于STC89C52单片机为控制研发一种智能导盲拐杖。
通过蓝牙无线方式与前方红绿灯连接，语音提示前方红绿灯情况；通过超声波检测前方路障，遇障语音提示。
盲人发生危险时对绑定手机电脑发送求救短信、GPS定位以及实时的视频影像。
实验证明，与前人研究相比，该系统能通过无线连接了解红绿灯变化情况、发送实时情况，智能化程度更高。
关键词：蓝牙模块；超声波避障；视频传输；短信发送；GPS定位1 绪论盲人作为当今社会中的一类特殊群体需要社会各界的共同帮助和关爱。
中国的盲人及视力障碍者的数量达到了千万之多，并且还在以每年45万的数量激增。
每年发生的盲人过马路死伤不在少数，而反观现在的盲人辅助装置市场，普通的装置无法安全的帮助盲人过马路，智能一些的造价又很高，一般家庭都难以承受[12]。
由此我们设计一种高效低成本的装置，帮助和方便他们过马路，减少他们过马路时的担心以及降低他们单独外出时的风险。
2 结构设计与工作原理主控芯片STC89C52单片机，8KB的flash，512KB的RAM，工作频率HYPERLINK"https：///item/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E9%A2%91%E7%8E%87"＼t"https：///item/STC89C52/_blank"范围：0～40MHz，工作电压：3.3V～5.5V[34]。
当盲人持拐杖走斑马线时拐杖上的4个金属传感器能感应到斑马线下铺设的铝箔，若此时盲人走偏则感应不到铝箔一侧的金属传感器发出信号控制偏出一侧轮子转速加快使两轮间形成差速完成转弯引导的功能。
当盲人发生意外致引导拐杖倾倒，倒地或脱手超过10s后，通过52单片机输出高电平，位于拐杖底部的有源蜂鸣器会发出报警声，连接在单片机引脚上的水银开关内的水银倾斜接通电路向家属发送求救短信以及当前的GPS地址方便家属寻找，提醒家属可能出事，同时拐杖上的摄像头会拍下实时场景，通过视频传输模块发送给绑定的手机和电脑。
智能导盲系统答辩PPT
2
极高的用户体验
以用体验为中心来进行整 体的产品设计，采用KISS
为产品制造理念。
老年人必备产品
对老年人和盲人拐杖都是 必备的产品。
4
智能产品化
将传统的拐杖和现代物联 网技术相结合，将拐杖智 能化功能化，辅助老年人 在现代生活中的各种行动。
产品对比分析
超声波
利用超声波折返的时 间差来计算到达障碍 物的距离。
30%
智能拐杖的设计成品模型图
05.研究结论
实现防跌倒智能检测 实现GPS智能定位 实现智能心率检测
语大义之方， 论万物之理 。受益终身!
指导老师：
学生：
分的迟钝。
对盲人群体关注度提高
随着社会的发展， 人们群众的意识形 态的不断的提高， 越来越多的人开始 关注到那些社会的
弱势群体。
物联网技术成熟化
国内在2009年提出 将物联网作为国家 五大新兴战略性产 业之一，中国也是 很多物联网协议主
要制定者。
国内现状
近年来，中国的老年人的经济保障水 平不断的提高，老年人及其家庭的消 费观念也在不断的升级，越来越多的 企业开始研发相关的辅助产品，这也 促使将其从普通的商品和服务细分出 来，完善中国的智能老年人/残疾人的 消费市场。
01
老年产品单一，传统设备较多智能设备相互关联的较少。
拥有世界上最大的老年市场和发达国家相比，让处在起步阶段。
03
部分老年人/残疾人不接受这些新式的设备。
目前国内的老龄用品产品同质性强、准入和监管机制不完善。
• 0202 04
国外物联网技术发展 较为成熟，人民普遍 文化水平较高，易接 收新事物
基础水平
产品发展
国外科技相对比较发 达，养老产品较为多 样。
智能盲行拐杖——黑夜中的明灯
2022年 / 第5期 物联网技术31 作品介绍本项目设计的智能拐杖主要是由超声波测距系统、GPS 定位系统、语音播报系统、智能深坑检测系统组成。
正常出行时，智能拐杖如果发现障碍则自动提醒盲人，同时语音提醒路人注意避让，以减少事故的发生；内置指示灯，当盲人黑夜出行时，拐杖会默认开启控制指示灯闪烁的开关，盲人也可人为控制此开关。
遇到紧急情况时，盲人可按下求救按键，系统会自动给监护人拨打电话，监护人通过手机APP可查询盲人用户所在位置。
此外，产品中增加了一些额外功能，比如按键控制语音报时、语音判别方向，甚至规划路线等。
智能拐杖设计如图1所示。
2 工作原理本产品结构框图如图2所示。
该系统通过超声波发送和接收模块对障碍物的测距，当盲人遇到障碍物时，通过单片机上的算法程序计算距离，再通过串行通信发送到语音模块进行语音提醒；同时利用GPS 模块采集地理信息，将盲人所处位置的经纬度与库函数里的经纬度进行对比，然后将地理信息上传至手机APP ；用户按下应急按钮时产品便会通过GSM 模块向指定手机号码发送求救短信；夜晚或灯光条件不好时，光敏传感器控制的示警灯系统会自动打开。
图1 智能拐杖设计图2 系统结构框图用户在使用此产品时，图3所示的结构中位置3的HC-SR04 超声波会自动检测360°范围内的障碍物，并实时通河南理工大学高瑞辰，李丽钧，邓鑫宇，李佳琦，张 玲摘 要：本产品通过综合应用STM32控制、红外+超声波测距、陀螺仪角度测量、GPS 定位等技术来实现。
STM32 控制为主控制电路超声波模块，可实时测量盲人在行走时前方是否有障碍物，并具有通过语音提醒盲人以及及时告知监护人、一键发送求救短信等功能，监护人还可以及时反映；本产品还具有智能深坑检测功能，通过测距和螺旋仪测量对深坑情况进行及时反馈，并使用GPS 进行定位，为监护人快速寻找盲人提供了有利条件，同时也为盲人提供了诸多方便。
关键词：超声波测距；智能盲行拐杖；GPS 定位；语音提醒；智能深坑检测智能盲行拐杖——黑夜中的明灯物联网技术 2022年 / 第5期4。
一款智能手环两体连接式导盲杖的设计
一款智能手环两体连接式导盲杖的设计摘要：本文提出设计一款，智能手环两体连接式导盲杖，减少盲杖上过多功能的赘余，增加便携性，同时保留对视障人群安全出行的有益功能。
因为对于视障人群来说，盲杖的功能就是保障出行安全，并且因为如今科技的蓬勃发展，我们可以通过这些科技手段，帮助视障人群更加融入社会。
关键词：导盲杖；智能手环；图像识别；盲人安全一、研究背景我国人口众多，其中盲人数量也很庞大，而我国导盲犬的数量少之又少，很难满足需求。
没有导盲犬的帮助盲人出行即会遇到困难，因此导盲杖就显现出了不可或缺的作用。
而传统的导盲杖是通过拐杖和障碍物之间的敲打，让使用者感知障碍物，这种避障方式不仅在操作距离上会受到限制，而且一些障碍物也无法感知，因此需要设计一款产品，此产品通过集合智能识别语音导航震动传感等功能，外加智能手环控制装置导盲杖，集结智能识别图片，语音智能导航，遇到障碍震动传感为一体的，专为视障人群所设计的一款导盲杖，可以实时给盲人引导，帮助盲人躲避障碍物和危险，对盲人有很好的帮助。
二、设计思路由于盲人缺失视觉，所以我们对于这一款产品的主要入手设计方向是听觉和触觉这两个角度，智能识别图片是将导盲杖所处三米距离，75度范围内的物品实时识别，传导到手环接收系统，接收系统实时识别，语音播报。
针对既是视觉障碍又是听觉障碍人群，我们设计出一项功能，是遇到障碍时可以根据盲杖的底端接收器，分析识别使用者距离障碍物的远近和大小，通过数字信号传递到，使用者手腕上的环状接收器，环状接收器再产生不同的震动幅度和频率，来提醒使用人注意。
同时环状接收器具有可定位声音盲杖功能，让使用者能够在独自一人的时候，一样可以找寻到。
同时在已有的产品基础上，现在市场上已有的产品大多数都在盲杖本身加功能，但是很多时候这样的盲杖的携带是很不方便的，所以我们将大部分的功能都转移在手环上面，一方面增加了便携性，令一方面手环固定在手上不易丢失，而且不易损坏。
三、具体设计过程本款智能手环两体连接式导盲杖，分成智能导盲杖和智能手环两部分，图1中的A区部分为智能导盲杖，此智能导盲杖分为上下两个部分，上半部分手柄和下半部分铝合金伸缩杆，铝合金伸缩杆调节长度适用于各个身高人群，减轻整体重量，损坏可更换。
多功能盲人智能拐杖的设计
多功能盲人智能拐杖的设计贾丹平;王岩;王阳;于博【摘要】In order to facilitate the walk of the blind, the design of the multifunctional smart cane for the blind based on stc90c516rd single chip microprocessor is proposed in this paper, and hardware and software system is also completed. The whole system adopts modular design, and the cane is composed by ranging module, electronic compass module, clock display module, GSM communication module, voice broadcasting module and other modules, and the functions of telling time, asking for help, recognizing direction and detecting obstacles are accomplished, at the same time, all functions are associated with voice prompt. The switch between each function was achieved by buttons set in system so as to make the design more humanized. The experiment and application show that smart cane not only overcomes shortcuts of traditional cane, but also uses easily, it can offer a trip way of safe and convenient.%为了方便盲人朋友出行,提出了一种基于STC90C516RD单片机的多功能盲人智能拐杖设计方案,并完成了系统的软硬件设计.整个系统采用模块化设计,由测距模块、电子指南模块、时钟显示模块、GSM通信模块、语音播报等模块组成,实现了报时、紧急呼救、方位辨识和障碍探测等功能,并且所有功能均伴有语音提示.为了使设计更加人性化,该系统设置了功能按键,使用者可以通过按键实现各个功能之间的切换.实际应用结果表明,智能拐杖不但克服了传统拐杖的缺点,而且使用简单,能够为盲人朋友提供更加便捷、安全的出行方式.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)014【总页数】4页(P136-138,142)【关键词】单片机;测距;电子指南;GSM通信;语音播报【作者】贾丹平;王岩;王阳;于博【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TN409中国是全世界盲人最多的国家，约600～700万盲人，占世界盲人总数的18%，由于视力的原因，他们的行动很不方便［1］。
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智能导盲拐杖2016年10月智能导盲拐杖摘要:针对市场上供盲人使用的导盲拐杖结构简单，功能单一，无法实现较好的导盲效果的弱点，本作品设计为盲人提供行走时，遇到前方障碍物提前躲避的预警系统。
以STM32F103C8T6作为核心处理器，具有GPS坐标定位，GSM短信发送，超声波避障，警报提示等功能的智能拐杖；介绍了智能拐杖的组成结构和工作原理，通过MPU6050获取姿态数据和HC-SR04模块获取超声波回波时间差，进行姿态数据计算，判断人是否摔倒并测量人与物体之间的安全距离，实现了提前预警使用者避让障碍物，起到避免安全隐患的作用；通过GPS模块，获取当前坐标，通过语音播报导航，通过GSM模块进行短信发送，获取实时位置，起到导航和快速救助的作用。
关键词：智能避障；超声波测距；GPS定位；STM32F103C8T6；语音提示ABSTRACT: Aiming at the weakness of blind guide cane on the market with simple structure and function which is unable to achieve a good blind guiding function, This design study for the blind to walk, meet obstacles ahead of early warning system. STM32F103C8T6 as the core processor, which has the function of GPS positioning and GSM SMS sent, ultrasonic detection of obstacles and voice prompting. Described the composition and working principle of the intelligent cane;The MPU6050 obtains the attitude data and the HC-SR04 to obtain the ultrasonic echo time difference, carries on the posture data calculation, judges whether the person falls and measures the safe distance between the human and the object, implement the early warning users avoid obstacles, avoid safe hidden trouble. Through the GPS module, get the1current coordinates, through the voice broadcast navigation, through the GSM module for text messages to send, access to real-time location, play a role in navigation and rapid relief.Key words: Intelligent obstacle avoidance; ultrasonic ranging; GPS positioning; STM32F103C8T6; voice prompts2目录1．引言 (1)1.1设计研究的背景及意义 (1)1.2设计研究的内容 (1)1.3本章小结 (2)2．智能导盲拐杖系统设计 (3)2.1设计实现的功能 (3)2.2设计思路 (3)2.3硬件电路设计 (4)2.3.1核心控制模块 (5)2.3.2超声波收发模块 (5)2.3.3姿态检测模块 (7)2.3.4语音播报模块 (8)2.3.5定位模块 (8)2.3.6短信发送模块 (9)2.3.7光敏感应和灯光模块 (9)2.4软件设计 (11)2.4.1算法流程图 (11)2.4.2算法具体设计 (11)2.5本章小结 (12)3.系统的调试结果 (13)4.结论 (14)5.参考文献 (15)31．引言目前,市场上盲人所使用的拐杖大多结构简单而实现的功能比较普通。
事实上,盲人出行时还会碰到诸多问题,比如,路况不好、坑洼不平、前方有悬挂障碍物等,普通拐杖无法准确探明;迷路时方向无法定位,亲属不容易寻找等问题。
如果利用导盲犬进行导盲,则存在培训导盲犬难度大、时间长、成本高,犬的寿命有限日常消耗等问题[1]。
本论文利用电子技术,结合机械结构创新,设计研发了一款集GPS自动定位与超声波测障等多功能于一体的智能拐杖。
1.1设计研究的背景及意义根据世界卫生组织所示数据[1]，2010年，中国盲人824.8万，每年都以近10%左右的速率上涨，目前的盲人，估计可能超过1300万，也就是，每一百个人里面，就有一个盲人。
盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。
如果有一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。
1.2设计研究的内容本作品采用STM32F103C8T6单片机作为控制器, 利用超声测距的原理, 设计了一种超声波导盲装置，该装置可以对盲人前方道路上的障碍物进行距离探测并把障碍物距离信息转换成语音提示, 盲人可以根据提示音，避让障碍同时达到导盲作用。
通过姿态数据解算判断盲人是否摔倒，当盲人摔倒时，通过GPS定位盲人位置，通过GSM 模块将位置信息和报警消息发送给亲人和当地的救护中心，又因为盲人不辨行人与车辆在路上行走，又因夜晚能见度低，为了车辆和行人更容易避让盲人。
另采用光敏电阻检测周围环境的亮度,并将该亮度转化为相反逻辑的红色警示光。
用来提醒来往行人和车辆避让。
另有时钟系统，可以控制并且语音播报时间，进行整点提醒。
1.3本章小结本章主要介绍了设计智能导盲拐杖的背景及意义。
对设计研究的大致内容做了概述。
2．智能导盲拐杖系统设计2.1设计实现的功能超声波测距系统是利用超声波在空气中传播时遇到障碍物返回的特点来实现测量距离的目的。
根据超声波从发射到接收到回波的时间以及此时的声速就可以计算出障碍物的距离。
当检测到障碍物时，系统会通过语音模块发出告警信号。
定位系统由GPS模块USM-3N和GSM模块组成, 由GPS模块的天线获取数据，通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)[2]。
并将定位数据通过GSM模块发送给家属，实时了解盲人当前的位置信息。
语音播报系统是通过对接收到的超声波信号进行检测，数据经过处理后，处理完成后如为危险信号即发布声音预警。
通过控制开关，可控制语音模块对实时的时间进行播报。
警报系统由MPU6050、LED、光敏电阻组成，通过MPU6050获取姿态数据，通过卡尔曼滤波进行数据融合，获取智能拐杖的俯仰角、横滚角，当超过设定角度，进行语音报警；在夜晚时，警示灯会自动亮起，提醒来往车辆避让。
2.2设计思路智能导盲拐杖硬件电路设计是一项系统的工程，它涉及到许多方面，包括单片机、超声波测距系统、GPS定位系统、GSM短信传输、姿态解算设计，语音提示，电源等的选择，还包括单片机以及各模块间的相互连接。
在设计之前，必须要对整个智能导盲拐杖的各部分构造有一个大致的了解。
为了更好的实现预期的效果，根据整体配置，来细化各模块配置。
以STM32F103C8T6单片机为核心的控制器，除此之外再细分模块,作品设计分为3个阶段。
第一阶段实现STM32F103C8T6对各个模块数据的获取和解算，实现灯光提醒，并获取智能导盲拐杖的姿态角，以及与障碍物的实时距离。
第二阶段实现解算后GPS定位数据计算，并通过GSM模块发送短信至家属。
第三阶段实现语音播报与导航。
2.3硬件电路设计该系统由单片机控制系统、超声波测距系统、语音播报系统、定位系统、警报系统等组成；控制核心为STM32F106C8T6,单片机在接收到传感器的信息后，将传感器的信号转换为距离信息，通过语音播报或振动提示。
系统工作原理方框示意图如图2-1所示。
图2-1系统工作原理方框示意图整个系统包括以下几个模块：（1）核心控制模块（2）超声波收发模块（3）姿态检测模块（4）语音播报模块（5）定位模块（6）短信发送模块（7）光敏感应和灯光模块2.3.1 核心控制模块这次设计所选用的STM32F103C8T6单片机如图2-3所示，有48个引脚的芯片，中等容量增强型，32 位基于ARM 核心的带64 或128K 字节闪存的微控制器[3]。
STM32原理示意图如图2-2所示。
图2-2 STM32F103C8T6原理示意图2.3.2超声波避障模块目前被大家熟知的避障测距技术主要有激光、毫米波雷达、摄像系统、红外线、超声波等一些测距技术，不同的目标探测方式其工作过程和原理有不同之处，但它们的主要目的都是通过前方返回的探测信息来判断距离[4]。
各可测距传感器的比较如图2-3所示。
图2-3各传感器性能比较综合以上考虑和实际应用条件，所以本设计测距模块采用的是超声波方案，并在超声波测距技术方案的设计上进行了简化和改进。
超声换能器按照发射与接收是否同体可分为收发同体与收发分体式两种。
其中收发一体式就是发送器和接受器为一体的传感器，即可发送超声波，又可接受超声波；收发分体式是发送器用作发送超声波，接受器用作接受超声波。
为了操作的简便，本次超声波导盲系统选用的是HC-SR04超声波测距模块如图2-4所示。
图2-4 HC-SR04超声波测距模块实物图HC-SR04超声波测距模块可提供2cm~400cm的非接触式距离感测功能，精度可达2mm，模块包括超声波发送接收和控制电路。
VCC供5V电源，GND接地，TRIG触发控制信号输入，ECHO回想信号输出。
基本工作原理：采用IO口TRIG触发，至少给10us的高电平信号;模块自动发射8个40KH的方波，自动检测是否有信号返回;有信号时，通过IO口ECHO输出高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。
其发射声压方位特性图如图2-5所示。
图2-5发射声压方位特性图此超声波模块可提供10cm~500cm的非接触式距离感测功能[5]，测距精度可在1cm。
有信号返回时，通过I0口ECH0输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。