基于2.4G無線收發(fā)模塊的智能電子導(dǎo)盲儀

黃魏斐 王向陽

摘 要：現(xiàn)今大多盲人日常使用的都是原始的導(dǎo)盲杖，對(duì)出行幫助有限。雖然有很多導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練及出售，但由于受價(jià)格及飼養(yǎng)方面問題的限制并未得到普及。于是一種電子類智能導(dǎo)盲產(chǎn)品的需求變的很迫切。而著個(gè)智能電子導(dǎo)盲儀剛好填補(bǔ)了這個(gè)空缺，能更加廉價(jià)且簡單的幫助盲人朋友走出家門過上更優(yōu)質(zhì)的生活。

關(guān)鍵詞：盲人；2.4G；智能；導(dǎo)盲儀

1 項(xiàng)目背景及目的

⑴研究背景。眾所周知，在這個(gè)社會(huì)中除了我們大多數(shù)健康的人外，還有一些需要關(guān)懷和幫助的群體。盲人就是其中之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)全世界有盲人4000萬到4500萬。我國有視力殘疾患者近1300萬。這是一個(gè)龐大的群體，相比與其他的群體，失去光明的盲人朋友生活更加艱難，因此他們需要更多的關(guān)懷。

⑵制作目的?？紤]到盲人群體如此龐大并且日益增多，并且他們的日常生活主要是出行有很大的不便。我們想制作出一種能夠代替眼睛和導(dǎo)盲犬部分功能的物品，來幫助盲人朋友更方便更自由的生活出行。

2 作品功能介紹

智能電子導(dǎo)盲儀是為了方便盲人出行的電子儀器，它能用語音來提示盲人躲避障礙物、安全通過紅綠燈以及下一步的行走路徑。使盲人能便捷安全的抵達(dá)目的地。主要功能如下。

功能一：躲避障礙物，走路更放心。利用蝙蝠的超聲波回響原理制作的超聲波測距儀測量原始數(shù)據(jù)，結(jié)合控制核心MCU，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出周圍人或障礙物的距離。當(dāng)有人或障礙物出現(xiàn)在行走方向兩米范圍內(nèi)時(shí)，控制電路進(jìn)行語音提示或報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外小范圍避障功能。

功能二：識(shí)別紅綠燈，過馬路更安全。在固定目的地的路徑路口，不對(duì)紅綠燈進(jìn)行干擾和改動(dòng)的前提下，安裝小型紅路燈識(shí)別子模塊。利用顏色識(shí)別傳感器進(jìn)行光譜探測，。探測數(shù)據(jù)回送MCU，經(jīng)計(jì)算分辨出所探測的顏色是否為綠色（或紅色）。若為綠色則發(fā)出可安全通過提示，紅色則提示等待。

功能三：路徑指引，帶路到想去的地方。鑒于多數(shù)盲人朋友常去的地方不多，所以采用設(shè)定路徑導(dǎo)航的方式。提前設(shè)定常的地點(diǎn)如公園或某個(gè)小區(qū)，在出發(fā)地和目的地選擇最便捷路徑的路口安裝紅綠燈子模塊，并對(duì)模塊嵌入位置信息。每當(dāng)走到一個(gè)路口，子模塊利用無線傳輸送信息至MCU，MCU對(duì)信號(hào)處理后發(fā)出下一步要直行或左右轉(zhuǎn)彎的語音提示信號(hào)。

展望功能：語音輸入，路徑導(dǎo)航。加入語音輸入GPS導(dǎo)航功能，不再局限于固定路徑指引，想去哪就去哪。通過語音輸入，識(shí)別要去的目的地。將信息經(jīng)MCU傳送GPS導(dǎo)航模塊，實(shí)現(xiàn)任何目的地的路徑導(dǎo)航。由于受GPS精度問題影響，此功能暫未實(shí)現(xiàn)。計(jì)劃下一步將GPS與地面點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信結(jié)合，完成全方位導(dǎo)航工能。

3 制作原理及結(jié)構(gòu)

⑴原理框圖

⑵各模塊單元解析。1）測距模塊：采用HC-SR04超聲波測距傳感器。每當(dāng)主控單片機(jī)發(fā)出測距指令，傳感器發(fā)出八個(gè)高脈沖。當(dāng)發(fā)出的聲波遇到障礙物是返回，利用聲波發(fā)出到返回的時(shí)差來計(jì)算與物體之間的距離。2）色彩識(shí)別：利用顏色傳感器TCS3200采集光線數(shù)據(jù)，通過調(diào)整光電二極管的濾波匹配方式來得到不同頻率。由芯片計(jì)算得出所接收光線的RGB，傳送到單片機(jī)進(jìn)行比對(duì)判斷后得出顏色信息。3）線收發(fā)：采用2.4G無線收發(fā)模塊進(jìn)行主機(jī)和從機(jī)之間的信號(hào)傳輸。主要有距離信號(hào)、色彩信號(hào)、位置信號(hào)以及路徑指引信號(hào)。4）語音提示：語音提示功能主要采用ISD1706PY語音芯片進(jìn)行音頻的錄制存儲(chǔ)，由單片機(jī)結(jié)合其它子模塊信息進(jìn)行語音調(diào)用，在不同情況下讀取相應(yīng)的語音信號(hào)。

4 創(chuàng)新與應(yīng)用

據(jù)查閱資料了解，關(guān)于電子導(dǎo)盲的課題之前并非無人涉及。但僅之前的局限于簡單的避障功能，并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的導(dǎo)盲。而本作品主要致力于對(duì)盲人出行的引導(dǎo)，使導(dǎo)盲儀至少能夠比導(dǎo)盲犬更穩(wěn)定的做到同樣的事，真正實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲作用。

此作品的創(chuàng)新點(diǎn)之一在于紅綠燈的判別。盲人出行最不便的就是遇到路口，因?yàn)椴磺宄螘r(shí)通過紅綠燈。因此可利用色彩傳感器進(jìn)行紅綠燈的識(shí)別，解決了通過路口的問題。

創(chuàng)新點(diǎn)之二在于導(dǎo)航方式的選擇。設(shè)計(jì)初期曾考慮單純使用GPS來進(jìn)行路徑導(dǎo)航，但實(shí)際論證表明目前此方法并不可靠。首先僅使用GPS牽扯到定位精度的問題，對(duì)于人體來說范圍太大，不能精確的進(jìn)行位置判定。其次GPS的搜索也牽涉到語音輸入和判別問題，因此將GPS導(dǎo)航作為后期技術(shù)成熟時(shí)的最終功能。根據(jù)盲人出行目的地的小范圍單一性，設(shè)計(jì)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的路徑引導(dǎo)方式。利用無線收發(fā)方式在途徑的每個(gè)路口設(shè)置檢測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)感應(yīng)范圍在零到三米并且能夠進(jìn)行距離判定，每到達(dá)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)則提示下一步行走方式，從而以分段兩點(diǎn)一線的方式完成路徑導(dǎo)航。設(shè)計(jì)后期可將小范圍點(diǎn)對(duì)點(diǎn)導(dǎo)航與GPS導(dǎo)航結(jié)合互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)精確的全方位無盲區(qū)導(dǎo)航。

此作品是按初步設(shè)想的方式完成，實(shí)現(xiàn)基本的功能并不需要很高的造價(jià)，而且沒有導(dǎo)盲犬的飼養(yǎng)問題。相信經(jīng)不斷改進(jìn)和完善后應(yīng)該可以勝任導(dǎo)盲犬的工作，從而更利于盲人的生活出行。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李昊峰.智能電子導(dǎo)盲儀.2013年5月.

[2]2.4G無線技術(shù)詳解.http：//wenku.baidu.com/view/fc95aed333d4b14e8524681b.html.