光电智能导盲器方案设计
基于芯片的智能导盲杖设计
··· ···
-
谢谢您的 ·观看·
BUSINESS TRIP PROJECT PLAN
汇报人：XXX
汇报时间：XXXXX
··· ···
传感器：超声波距离传感器选择HC-SR04型号，红外线避障传感器选择常用的光电开关型号，GPS定位模
2 块选择U-Blox系列 3 电机：选择一款直流电机，通过L298N芯片进行驱动 4 震动器：使用小型震动器，用于产生震动信号 5 显示屏：选择一款小型液晶显示屏，如OLED或LCD屏幕 6 语音识别和合成模块：考虑使用LD3320语音识别芯片和SYN6288语音合成芯片 7 电源模块：选择一款可充电的锂电池作为电源，并使用相应的电源管理芯片进行管理
2
系统架构
系统架构
STM32芯片作为系统的核心， 负责处理各种传感器数据、 执行算法和控制其他硬件
该智能导盲杖主要包括以下 模块
系统架构
传感器模块
包括超声波距离 传感器、红外线 避障传感器、GPS 定位模块等，用 于获取周围环境
的信息
数据处理模块
基于STM32芯片， 对传感器数据进 行处理，包括障 碍物距离计算、
5
软件设计
软件设计
1
软件设计 2
3
操作系统：考虑使用FreeRTOS作为操作系统，以实现 多任务管理和优化系统资源
算法设计：避障算法和路径规划算法是系统的核心算 法。可以使用A*算法或Dijkstra算法进行路径规划， 使用超声波测距和红外线避障传感器进行避障
通信协议：系统内部各模块之间的通信使用SPI、I2C 或UART协议；与外部设备(如手机或电脑)之间的通信 可以使用蓝牙或Wi-Fi协议
显示功能：配备一个小型显示屏，用 于显示当前状态、路径规划结果等信 息
机器人智能导盲系统设计与实现
机器人智能导盲系统设计与实现智能导盲系统是一种利用机器人技术和人工智能算法来帮助视障人士进行导航和避障的创新产品。
它通过感知环境，解读视觉信息，并根据实时数据进行决策，为用户提供安全的导航服务。
本文将讨论机器人智能导盲系统的设计与实现。
一、引言随着人工智能和机器人技术的快速发展，智能导盲系统为视障人士提供了更多的独立性和便利性。
这种系统可以识别环境中的障碍物、识别路标和导航路线，帮助用户安全地行走。
本文将围绕机器人智能导盲系统的设计与实现进行探讨。
二、系统设计1. 感知模块机器人智能导盲系统的感知模块负责获取环境信息，并通过传感器来感知障碍物、路标等。
常用的传感器包括超声波传感器、红外线传感器、摄像头等。
这些传感器可以扫描周围环境，将数据传输给控制模块进行处理。
2. 控制模块控制模块是整个系统的核心，它接收感知模块传来的数据，并进行实时处理。
在处理过程中，控制模块利用算法对环境信息进行分析，并根据用户的指令制定行动计划。
例如，当系统检测到前方有障碍物时，控制模块会指导机器人绕过障碍物并保持安全距离。
3. 定位模块定位模块主要用于确定用户的当前位置。
定位技术可以通过全球定位系统（GPS）、惯性导航系统和视觉识别等方法实现。
这些信息可以帮助系统规划最优的导航路线，并提醒用户前方要注意的景点或路标。
4. 用户界面机器人智能导盲系统的用户界面应该简单易用，方便视障人士操作。
可以使用语音交互、触摸屏和语音识别等技术，为用户提供准确的导航指引。
同时，系统还应提供实时的语音反馈，告知用户当前位置、所处环境和行进方向等信息。
三、实现方法1. 数据采集与处理为了实现智能导盲系统的功能，首先需要搜集大量的训练数据。
可以通过摄像头、深度摄像头、激光雷达等设备收集视觉信息，并通过算法进行分析和处理。
训练数据应覆盖各种不同的情况，以提高系统的准确性和鲁棒性。
2. 算法优化与训练机器人智能导盲系统依赖于强大的算法来解析环境信息和做出决策。
直通道红外探测智能导盲器设计
Ｏ 引言
盲人 和低 视力 人群作 为社会 的一 个特 殊群体 ， 需 要给予 更多 的关怀 和照顾 ， 使他们 能够 更好 的独 立生 活 。对 他们 来 说 ， 何 安 全 行走 是 生 活 中最 大 的 问 如 题 。为 了解决 这 个 问题 ， 们 设计 出多 种 导 盲装 置 ， 人
ｗａ ｃ ｉ ｖ ｄ，ａ ｄ ｈ ｌ ｌ ｄ ｂ ｐ ｓ ｈ ｂ ｔ ｃｅ ｃ ｕ ａ ｅｙ．Ｔｈ ｆｅ ｔ ｅ ｄｓ ａ ｃ ． ｓａ ｈｅ ｅ ｎ ｅｐｂｉ ｙ ａ ｓｔｅｏ ｓａ ｌｓａ ｃ ｒｔ ｌ ｎ ｅ ｅ ｃ ｉ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ０ ５—２． ｔ ｒ ，ｔ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｖ ｓ ２ ｍｅ ｅ ｓ ｈ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｄ ｓｇ ａ ｅ ｏ ｘｅ ｓｖ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｈ ｌ ｉ ｇ ｂｉ ｄ ｅ ｉ ｎ ｉ ｂ ｓ ｄ ｆ ｒｅ ｔ ｎ ｉｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｓ ｎ ｎ ｅｐｎ ｌ ． ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｂｉ ｄ ｇ ｉａ ｃ ｙ ｒｓ ｌ ｕｄ ｎ ｅ；ｍａ － ｃ ｉｅ ｉ ｔ ｒ ｃ ｉｎ；ｉｆ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｎ ｎ ｍａ ｈ ｎ ｎ ｅ ａ ｔ ｏ ｎ ｒ ｄ ｄ ｓａ ｃ ａｒ
通过语 音提示实现人性化的遇障语音提示以及蜂 鸣器报警提示 ， 协助 盲人准确绕 过直通道 内设置的 障碍 物。该导盲器可检 测的有效距离为 ０ ５２ ２米 。 ．－． 布局和外形设计为深层次开发和运 用助 盲、 导盲装置奠定基础。
关 键词 ： 盲 器 ； 机 交 互 ； 外 测 距 导 人 红
组 成 ， 光 电智 能 导 盲 器 系 统 总 体 设 计 框 图 如 图 １ 该
所示。
如传 统的盲 杖 、 知 前方 障碍 物 的盲 人 眼 睛 ， 探 他们 都 存在一 定 的缺点 和优 点 ¨ 。 国外 研 制 的盲 人 导航 系 Ｊ 统价 格 昂贵 ， 适 合 普通 大 众 使用 。基 于 以上缺 点 ， 不 本文就 盲人 在通过 有 障碍 物 的直通道 情况 下 ， 利 如何
智能盲杖设计 ppt课件
发 近来发的出命一个令组转后固场，定，按频只照率要非的您接调需触制要式信的射号话频(，13卡.5协6 议MH格z式)进，行通寻过卡天，超线当及声有其波卡匹测片配距处电技在路读术向卡附
器的有效都工可作以范为围所内欲时为，MCU 向卡片发出寻卡命令，卡片将回复卡片类型，
建立卡片与读卡器的第一步联系，与读卡器进行密码校验。 密码验证通过之
原理图
PPT课件
16
TIPS
实现技术
2. 超声波测距技术
RFID识别技术
由MCU发送指令控制超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时
刻的同时，MCU计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就
立即返回来，超声波接收器收到反射波就使MCU产生中超断声，波MC测U距立技即术停止
计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可
阅读器读取的数据和超声波测距测到的数据发送给智能手机，智能手机收到 后对数据进行识别和处理，并作出响应，例如，播报附近地理信息、提醒前 方障碍等。
与智能手机结合
PPT课件
18
创新点
PPT课件
19
创新点
智能手机与盲杖的结合
采用RFID识别技术
蓝牙连接手机与智能盲杖
超声波测距探测障碍物
PPT课件
20
PPT课件
24
以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测
距法。
与智能手机结合
PPT课件
17
TIPS
实现技术
3. 与智能手机结合
RFID识别技术
如今的智能手机都会配有蓝牙设备，蓝牙设备的功耗低，所蓝牙以是单 片机和智能手机互联的首选。
基于多传感器融合技术的智能导盲杖的设计
表1：实验数据及结果
实验结果显示，本设计的准确度和使用体验均达到了较高的水平。但仍需继 续优化和完善设计，以提高各项指标。
未来展望
基于红外测距传感器和摄像识别功能的智能盲杖具有很大的发展潜力。未来， 可以考虑以下几个方面的发展方向：
1、技术提升：随着科技的不断进步，可以引入更先进的传感器和识别技术， 以提高智能盲杖的各项指标。例如，利用深度学习算法提高图像识别的准确度， 或者采用更高精度的红外测距传感器。
设计思路
红外测距传感器和摄像识别功能是本次演示设计的核心。红外测距传感器能 够检测到前方障碍物的距离，为视障人士提供更为精确的导航信息；而摄像识别 功能则可以帮助视障人士识别路标、交通信号灯等关键信息。将这两种功能结合 在一起，可以使得智能盲杖更为智能化，更好地满足视障人士的需求。
实现方法
1、硬件设备
总之，基于红外测距传感器和摄像识别功能的智能盲杖设计具有很高的实用 价值和市场潜力。通过不断的技术提升和改进完善，相信未来的智能盲杖能够为 视障人士提供更加优质、便捷的生活支持。
谢谢观看
2、增加交互功能：在未来的设计中，可以考虑增加智能盲杖的交互功能， 例如与手机或其他智能设备的连接，以便为使用者提供更多的信息和辅助。
3、个性化定制：根据不同视障人士的需求，可以定制个性化的智能盲杖， 例如外观设计、功能设置等，以提供更贴心的服务。
4、政策推广与合作：积极与政府、企业等相关方合作，推动智能盲杖的普 及和应导航系统，可以将识别到的地形和路径 信息以语音的形式传达给用户，方便用户了解周围环境。
5、紧急求助：当用户遇到紧急情况时，可以通过触摸屏或语音控制智能导 盲杖发出求救信号，向家人或救援人员寻求帮助。
智能导盲杖的应用前景
新型光电智能导盲器
新型光电智能导盲器导读：这是一篇的产品宣传文案，介绍了一种新型的光电智能导盲器。
这款导盲器采用了高精度激光雷达检测技术和语音指导系统，为视障人士提供了更加便捷、安全、舒适的导航体验。
一、引言视障人士在出行过程中常常会面临诸多困难，如障碍物避让、路线选择、方向判断等。
为此，我们推出了一款全新的光电智能导盲器，以帮助他们更加自主、自信地完成日常出行任务，享受更多的独立自主的生活乐趣。
二、产品特点1.高精度激光雷达检测技术我们采用了最先进的激光雷达技术，可在陌生场景中精确探测出障碍物距离和位置，轻松避免行走中的碰撞伤害风险。
2. 多种导航模式我们的导盲器支持多种导航模式切换，根据用户习惯和需求，自由选择步行、公交、地铁等出行方式。
3. 语音实时指导我们的语音指导系统可通过智能分析算法，实时提供精准的语音提示和路线指引，让用户更加清晰地了解前方情况和目标方向，避免走错路。
4.端到端全覆盖我们的导盲器具有端到端全覆盖的优点，无论用户身处何处，都可以准确地获取所需信息，实现精准、高效的出行导航。
三、产品功能1.智能避障：导盲器可自动检测并规避行进路线上的障碍物，有效提高用户行走安全性。
2.路径规划：导盲器可根据用户需求或路况情况，自主规划最佳出行路线，实现智能出行。
3.多种导航模式：支持步行、公交、地铁等出行模式切换，满足用户个性化出行需求。
4.语音实时指导：导盲器内置语音导航系统，智能提供精准的实时语音提示和路线指引。
5.端到端全覆盖：导盲器网络覆盖范围广泛，支持全球定位系统，在室内外均可实现精准导航。
四、产品优势1.智能高效：光电智能导盲器采用高科技激光雷达技术，实现高精度导航、自主避障等先进功能，效率高、准确度高。
2.便捷舒适：导盲器内置语音提示系统，让视障人士不再需要靠外界帮助，实现更加独立、方便的出行体验。
3.安全可靠：导盲器具有自动避障、行进路线规划等安全功能，规避了行走中的各种隐患，确保用户的人身安全。
智能导盲车硬件系统设计
智能导盲车硬件系统设计摘要：智能导盲车是一种能够辅助盲人行走的车辆，在现代社会有着广泛的应用。
本篇论文介绍了智能导盲车的硬件设计，包括系统结构、传感器选择和控制器设计等方面。
通过对传感器的选型和系统结构的优化，可以实现智能导盲车的高精度导航和安全行驶。
本论文也讲述了智能导盲车在实际使用中的应用及效果，说明了该系统的实用性和可靠性。
关键词：智能导盲车、硬件设计、传感器、控制器、导航、安全行驶正文：一、引言盲人是一种需要特殊关注和帮助的群体，在传统的交通工具和行走方式上存在很多困难和不便。
因此，为盲人提供更加安全、方便和舒适的出行方式，一直是社会关注的热点。
智能导盲车是一种利用先进技术，为盲人提供辅助行走的智能交通工具，其发展具有广阔的发展前景。
二、系统结构智能导盲车的硬件系统主要包括传感器、控制器和动力系统。
其中，传感器可以感知车辆周围的环境信息，控制器则通过实时计算和处理，控制车辆的转向、加速和刹车等操作，动力系统则驱动车辆前进。
系统结构图如下所示：三、传感器选择为了实现智能导盲车的高精度导航和安全行驶，需要选择合适的传感器。
在本系统中，使用了激光雷达、超声波传感器、视觉传感器和惯性测量单元等多种传感器，以获取车辆周围的环境信息。
其中，激光雷达可以获取较为精确的地形和障碍物高度信息，超声波传感器可感知近距离障碍物的距离，视觉传感器可以识别车辆周围的道路标记和交通信号灯，惯性测量单元可以感知车辆的运动状态。
通过这些传感器的组合，可以实现对车辆周围环境的全方位感知。
四、控制器设计为了实现智能导盲车的自主导航和安全行驶，需要设计合适的控制器。
本系统采用了PID控制器，通过对传感器信息的实时采集和分析，控制车辆的转向、刹车和加速等操作，实现车辆的安全行驶和精确导航。
五、实验结果经过实验测试，本系统能够实现车辆的高精度导航和安全行驶，同时具有一定的实用性和可靠性。
在实际使用中，智能导盲车可以为盲人提供更加安全、方便、快速的出行方式，有着广泛的应用前景。
智能导盲拐杖设计
智能导盲拐杖设计
导盲拐杖是为视力受损的人士设计的辅助工具，用于帮助他们行走和寻找方向。
随着科技的不断进步，智能导盲拐杖的设计开始受到关注，这种拐杖通过集成各种传感器和智能算法，可以提供更高效的导航和避障功能。
首先，智能导盲拐杖应该具备高精度的定位功能。
可以通过GPS和惯性传感器来确定使用者的准确位置，并将其显示在拐杖上的屏幕上。
这样使用者可以通过触摸屏幕来了解自己当前的位置和周围的环境。
其次，智能导盲拐杖应该具备避障功能。
通过激光测距、红外传感器等技术，可以检测到前方的障碍物，并通过声音或震动等方式提醒使用者进行避让。
在遇到复杂的道路情况时，拐杖还可以提供语音导航，告知使用者应该如何通过障碍物。
在设计上，智能导盲拐杖应该注重舒适性和易用性。
拐杖的手柄应该符合人体工程学原理，提供舒适的握持体验。
拐杖应该具有轻量化和可折叠的设计，方便携带和储存。
同时，拐杖上的按钮和屏幕应该简单明了，易于使用。
最后，加强智能导盲拐杖的安全性也是十分重要的。
拐杖上应该设有紧急按钮，使用者在遇到危险情况时可以迅速呼叫帮助。
拐杖的电池寿命也应该得到考虑，确保长时间使用时不会突然断电。
总之，智能导盲拐杖的设计应该将高精度定位、避障、导航和连接性等功能相结合，以提供更好的辅助导航和行走体验。
通过科技的力量，智能导盲拐杖可以为视力受损人士带来更多的独立性和便利性。
未来，随着技术的进一步发展，相信智能导盲拐杖的设计会变得愈发智能和人性化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光电智能导盲器方案设计
作者：刘仲禹张欣婷
来源：《电子技术与软件工程》2015年第14期
本文设计一种采用ATMEGA16L单片机作为控制器，利用红外测距的原理，设计了一种手持式红外导盲装置。
该装置可以对盲人前面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电脉冲信号，识别前方障碍物的方向及距离。
【关键词】ATMEGA16L单片机红外测距电脉冲信号
1 引言
眼睛是我们身体不可缺少的器官，是人类了解世界感知外界的窗口，然而对于盲人来说简单的散步都是一件奢侈的事情。
本文设计一种光电智能导盲器帮助盲人能够在不借助他人或当盲犬的情况下，盲人经过简单的训练可以利用触觉感知脉冲信号并根据的频率变化来判断有无障碍物及离障碍物的距离和大致方位，达到导盲作用。
2 研究方案
利用红外测距原理障碍物进行多点测量并将障碍物信息通过电脉冲信号传递给手指，使使用者通过触觉大概感知到障碍物及其方位。
当打开声音开关时会有声音提示障碍物方位。
（如图1）
由于探测距离和高度的影响，本系统测量范围可设定在六米以内。
近距工作模式工作距离设定为两米工作高度为两米，这样可以保证使用者在复杂的工作环境中能不晃动仪器就能感知障碍物的存在。
光学部分采用850nm红外LED光源，出射角为20度，功率1W 出射距离可达20米，满足测量距离的覆盖要求。
接受器件选用850nm红外接受管，经过光学系统使其接收角度控制在1度。
电子部分可控制光源发出一个脉冲的同时开始计时，当接受器接收到这个脉冲时计时结束，单片机根据时间得出距离，测距方程： D=CT/2（D 为被测距离，C 为光速，T 为光脉冲信号来回于测距仪和待测目标反射脉冲的时间）。
采集系统会对每个接受器所对应角度进行扫描，然后把数据传递给单片机进行分析，从而对计算出障碍物的距离和方位，最后通过脉冲发生器和扬声器把信息传递给使用者。
3 技术路线及可行性分析
3.1 光学部分
利用多枚850nm大功率LED作为光源。
光源视角为44度在5m处形成高2m，在2.5m出形成低1m的光幕（如图2）。
此工作模式可在复杂场合使用。
接收器为850nm红外接收器阵列，每个接收器针对各自的小视场范围进行接收以提高单个接收器的方向性，减小光信号的叠加干扰（如图3）。
在光源的工作模式下，分别针对光源的视角用机械的方式改变接收的角度。
3.2 电子部分
本系统利用ATMEGA16L单片机作为控制器，对每个角度的接收器信号进行比较分析，并将分析结果转化为电脉冲信号使人感知（如图4）。
本系统采用ATMEGA16L单片机作为主控芯片。
单片机对于TDCGP2进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量结果传回给单片机通过算法进行距离的精确计算。
通过测量结果得出哪个方向是否有障碍物，通过脉冲发生器产生电流信号刺激手指，从而让盲人知道哪个方向有障碍物向哪个方向躲避。
单片机控制开关，是否打开扬声器。
TDC-GP2芯片发射出光脉冲同时将发射脉冲输入到芯片的start 端口，触发时差测量。
一旦从物体传回的反射脉冲达到了光电探测器（接收电路）则给TDC 产生一个Stop 信号，这个时候时差测量完成。
那么从Start 到Stop 脉冲之间的时差被TDC-GP2精确记录下来，用于计算所测物体与发射端的距离。
3.3 主要芯片介绍
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。
引脚TQFP 封装。
工作电压范围：2.7 - 5.5V 。
速度等级，0 - 8 MHz。
ATmega16L 在1 MHz， 3V， 25℃时的功耗，正常模式为 1.1 mA 。
空闲模式为0.35 mA 。
掉电模式为 < 1
μA 。
信号的发射和采集选用ACAM公司的TDC-GP2芯片，该芯片具有高脉冲发生器（需外接高速晶振），停止信号使能，典型分辨率可达到50ps rms在不添加AD的情况下直接输出数字信号，便于单片机进行比较处理。
计算公式为d=ct/2 （d为距离，c为光速）。
根据此公式，通过1km所用的时间就是6.7us。
如果距离分辨率要达到1cm，则时间分辨率需达到67ps。
用ACAM公司的标准TDC（分辨率达110ps的GP1），只对4次测量进行取样，分辨率就可达到1cm。
对多次采样取平均值，在距离为14km的测量中分辨率可达1mm。
一般来讲当光线遇到物体的时候会被反射回来。
因此在这种情况下光将飞行两倍的被测距离。
因此我们有如下对应关系：
1ns - 150mm 距离（双倍包括反射）
100ps - 15mm
10ps – 1.5mm
这个精度范围非常适合我们的TDC 系列芯片，例如TDC-GP2，精度为65ps，相当于9.8mm。
完全满足本系统的要求。
本系统采用2000mA的手机电池作为本系统的电源。
锂电池便于充电和生产制造，由于技术成熟，可以大大降低导盲器的生产成本。
4 结论
本文采用多点测量，提高了可用性，并能对如何绕开障碍物起到了一定的提示作用。
利用电流脉冲刺激手指作为提示信号，相比于声音提示加大了信息量的同时提高了信息在传输中的可靠性。
参考文献
[1]徐哲.科技致富向导直通道[J].新型光电智能导盲器，2005.
作者简介
刘仲禹（1982-），男，吉林省长春市人，现为长春理工大学光电信息学院讲师。
从事光电传感器教学。
作者单位
长春理工大学光电信息学院吉林省长春市 130012。