“杖非障”智能盲杖

馮偉++王梓++郭鑫陽++秦婷

摘 要：“杖，非障”是一款功能強大的智能盲杖，外形美觀。該產(chǎn)品集成了超聲波傳感器、GSM基站定位器、溫度傳感器及光電轉換板。該“盲杖”采用太陽能電池和電源適配器混合供電，經(jīng)濟方便，同時也能通過向盲杖發(fā)送短信獲取盲人位置，方便家人尋找。該產(chǎn)品是普通盲杖向智能盲杖的延伸，打破了傳統(tǒng)盲杖的局限，不再只是單向接受盲人指令，還能進行自己判斷，之后反饋給盲人。具有巨大的開發(fā)潛力。

關鍵詞：超聲波測距避障；GSM基站定位；太陽能電池供電

1 作品功能介紹

本產(chǎn)品具有避障、定位、太陽能充電以及語音報時功能。

1.1 避障功能

通過超聲波傳感器感受盲人面前的障礙物，進而發(fā)出警報聲提醒盲人提前躲避障礙物，針對聲速易受到溫度影響的缺點，采用溫度傳感器對聲速進行校正。

1.2 定位功能

當盲人走失時，家人可通過向盲杖發(fā)送短信獲取盲人的位置以避免發(fā)生危險。

1.3 太陽能充電功能

盲杖采用太陽能電池和電源適配器混合供電，在戶外使用時太陽能電池可以向鋰電池供電，節(jié)約能源，閑置時可以使用電源適配器為其充電。

1.4 語音報時功能

語音報時功能不僅可以整點報時，還可以通過開關進行實時報時。

2 工作原理

本產(chǎn)品由超聲波避障模塊、GSM手機基站定位模塊及太陽能電池模塊組成。

2.1 超聲波避障模塊

在超聲波避障模塊中集成了89S51單片機、US100超聲波測距模塊和蜂鳴器。在實際使用過程中，需要向US100測距模塊輸入一個高電平，該系統(tǒng)會超聲波脈沖，然后檢測回波信號，同時采用溫度傳感器對受到溫度影響的聲速進行調整，并將返回的信息以高電平持續(xù)時間返回單片機。測試距離=（高電平時間*聲速）/2，單片機得到距離后將其與門限距離比較，若大于門限距離則蜂鳴器發(fā)出警告。超聲波時序圖如圖1所示。

2.2 GSM手機基站定位模塊

在GSM基站定位模塊中，采用三基站定位方法，具體如圖2所示。

該定位方法通過三對[Position，Ti]（i=1，2，3）及由電波到達時間定位基本原理得到Ti（i=1，2，3）后，由Ti*c得出設備到基站i之間的距離Ri，然后根據(jù)幾何知識建立方程組并求解，從而求得Location值。

2.3 太陽能電池模塊

在太陽能電池模塊中，主要通過光電轉換板將光能轉換成電能并儲藏在內置的容量為一定額度的鋰電池內?？刂齐娐凡糠植捎锰柲茈姵貙︿囯姵貙Ｓ贸潆姽芾硇酒?，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動調整充電電流，同時配合鋰電池DC-DC升壓電路和鋰電池保護電路，將內置鋰電池的電能經(jīng)過輸出接口輸出5 V電壓給單片機供電。該模塊的控制電路原理圖如圖3所示。

3 作品創(chuàng)新點

本作品的創(chuàng)新點包含如下：

（1）能對較遠距離障礙物進行偵查，提醒盲人提前避障。

（2）聲速在同一中介質中會受介質的物理狀況影響，如溫度、濕度等，雖然溫度對聲速的影響比較大，但也比較容易矯正。在該作品中，我們使用了溫度傳感器對測距結果進行矯正，成功消除了溫度對測距的影響。

（3）考慮到盲人群體的經(jīng)濟條件以及節(jié)能環(huán)保等因素，本產(chǎn)品采用太陽能充電和電源充電相結合的方式。在太陽能電池板選擇方面，采用柔性非晶薄膜太陽能電池板，其與傳統(tǒng)晶硅太陽能電池板相比更輕薄、柔軟可卷曲、功率輸出穩(wěn)定且弱光性好。

（4）為了避免盲人誤入陌生街道迷路，家人無法獲取盲人位置的情況出現(xiàn)，采用GSM手機基站定位具有定位速度快、成本低（不需要移動終端上添加額外的硬件）、耗電少、室內可用等優(yōu)點，家人可通過手機短信方式獲取盲人的位置，及時幫助盲人。

4 市場前景

電子技術和自動控制技術等的快速發(fā)展，引發(fā)消費類電子產(chǎn)品行業(yè)更新速度加快，盲人器具市場內在結構比例正在發(fā)生重大變化，傳統(tǒng)工具的市場比重正在逐步縮小，高科技含量的智能工具蒸蒸日上。另一方面，我國每年會出現(xiàn)新盲人大約45萬，低視力者135萬，即約每分鐘出現(xiàn)1個盲人，3個低視力患者，盲人市場需求量巨大，現(xiàn)代盲人外出工作學習所處環(huán)境更加復雜，需更強有力的輔助工具幫助盲人工作學習，傳統(tǒng)盲杖已無法滿足盲人對生活的需要。杖，非障具有提前幫助盲人避障，通過太陽光補充消耗的電能，避免盲人丟失，幫助盲人適應復雜的生活環(huán)境等特點，因此市場前景大好。endprint