淺論盲人導(dǎo)航輔助工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜有鑫 莫光華 程思寧

【摘要】對滿足盲人出行時的一般需求進(jìn)行研究，為更好地指清前方道路。并防止盲人在沒有視覺的作用下，發(fā)生“走失”，與家人無法取得地理位置的聯(lián)系。因此提出，采用超聲波回波的方式，在語音模塊的作用下進(jìn)行播報，并采用衛(wèi)星定位發(fā)送當(dāng)前位置，以保障盲人與家人取得聯(lián)系。詳細(xì)闡述了盲人導(dǎo)航輔助工具的設(shè)計(jì)與各功能實(shí)現(xiàn)的過程，同時分析了該設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。

【關(guān)鍵詞】盲人導(dǎo)航；語音播報；衛(wèi)星定位；GSM

在信息的不斷發(fā)展下，越來越多的人需要幫助，例如盲人的生活。他們生活不便，經(jīng)常遇到各種各樣的問題。目前，我國視力障礙人員達(dá)到1740多萬人，其中所占的盲人總數(shù)為824.8萬人，占據(jù)世界盲人總數(shù)的18%，而且，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)如今，每年全世界新增的盲人數(shù)量大約在45萬人左右。盲人在生活中所用的導(dǎo)盲儀器大多是為手杖，在通過對周圍事物的觸摸或敲試來進(jìn)行判斷前方是否有“路障”，并決定自身需不需要停下腳步或是掉頭轉(zhuǎn)向。不難看出存在太多的弊端，也正是如此，它的推廣和利用不是很好。而目前國內(nèi)導(dǎo)盲類的電子產(chǎn)品不是價格過高，就是它在使用時受到的局限過大，試用的范圍過窄，不利于當(dāng)前社會的推廣及使用。基于以上的問題，我們在進(jìn)行初步的分析之后，開始設(shè)計(jì)盲人導(dǎo)航輔助工具，它不僅能符合盲人出行一般需求，很好的為其指清道路，提供方便。

一、盲人導(dǎo)航輔助工具設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)方案

基于對盲人導(dǎo)航輔助工具的設(shè)計(jì)方案如圖1所示，主要分為以下兩個部分。

（1）該部分采用以AT89C52單片機(jī)做控制原件，以HC-SR04超聲波模塊進(jìn)行對距離的探測，并在檢測到前方障礙物時，通過超聲波模塊上的接收器接收到聲波時的時間差來測定距離，并將該信息反饋交給AT89C52單片機(jī)，在經(jīng)過QJ008M01語音模塊的作用下，使其進(jìn)行播報在給定距離下的語音內(nèi)容。通過這種方式，告訴盲人前方有障礙物，需要躲避。比如“前方50cm出有障礙物，請注意”（設(shè)定距離為50cm，可更改）同時，為彌補(bǔ)探測遠(yuǎn)距離而增添了一個有源蜂鳴器，當(dāng)你離“障礙物”越近時，蜂鳴器報警的聲音越急促，為語音模塊起到遠(yuǎn)距離的互補(bǔ)作用。（2）采取衛(wèi)星定位的方式，通過A9G模塊中GPS/北斗部分進(jìn)行確定盲人目前所在的地理位置，當(dāng)盲人遇到自身無法解決的問題，或是在“迷路”時無法探知路徑的情況下；通過A9G模塊中GSM部分上的按鈕，在手動觸發(fā)按鈕時，GSM會將衛(wèi)星定位的地理位置已短信的方式發(fā)送給盲人的家人在GSM中預(yù)留電話號碼的主人手機(jī)上。

（二）超聲波語報電路的設(shè)計(jì)

盲人導(dǎo)航輔助工具中的超聲波、語報電路設(shè)計(jì)涉及了多個方面，包括單片機(jī)、超聲波模塊、語音模塊和蜂鳴器的選擇。同時還包括了單片機(jī)和各個模塊之間的相互連接的方式設(shè)計(jì)。原理圖如圖2所示。

HC-SR04超聲波測距模塊包括超聲波發(fā)送端和超聲波接收端，該模塊可以提供2cm到450cm的測量距離，擁有0.2cm的較高精度。以40HZ的工作頻率，外加15度的測量范圍?？蓾M足盲人對前方距離的測量。由于該設(shè)計(jì)以盲人為使用人群，因此采用語音模塊播報和蜂鳴器組合的方式進(jìn)行。

QJ008M01語音模塊支持播放WAV/MP3格式的文件，外加8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48采樣率（KHz）方便編寫；可采取語音合成工具合成自己所需的語音。同時該模塊內(nèi)置1W的功放，播放的聲音洪亮，能讓盲人聽得更為清楚。而采用的有源蜂鳴器，通過蜂鳴器的鳴笛聲的急促程度來反映與路障的距離（3米內(nèi)有效）。添加蜂鳴器是為了去探測較遠(yuǎn)距離時，是否有障礙物的存在，也是為了彌補(bǔ)語音模塊只能播報固定的距離。如圖3所示。

（三）衛(wèi)星定位及短信發(fā)送的設(shè)計(jì)

A9G是一款集GSM/GPRS+GPRS/GPS功能的模塊，該模塊內(nèi)置的GPS或北斗的衛(wèi)星定位以獲取當(dāng)前的位置信息，之后再以模塊自身的GSM進(jìn)行對位置信息的發(fā)送。A9G相比市面的散搭套件，它的集成化程度較高，不管是測量還是使用時，不會出現(xiàn)接觸不良的狀況，導(dǎo)致測量出差，或不工作的問題。

A9G中含有美國的GPS衛(wèi)星定位的同時，還有國內(nèi)的北斗定位方式，采取的雙定位方式，使得定位的結(jié)果更加精準(zhǔn)和可靠。還能避免市面上部分的GPS模塊不能在室內(nèi)進(jìn)行定位，引起盲人在室內(nèi)時，做不到定位的尷尬局面。內(nèi)置的GSM在通信不佳的狀況下也可以正常工作，不會限制插入A9G中SIM卡的類型。

二、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析

（一）超聲波語報設(shè)計(jì)結(jié)果

完成的超聲波語報電路，能實(shí)現(xiàn)檢測距離前方50cm路徑內(nèi)是否從在“障礙物”，預(yù)報效果較為及時，能有效地讓盲人留意到當(dāng)前的情況；所設(shè)定的50cm不僅在超聲波檢測時它的精準(zhǔn)度更高，還是盲人所需探測前方障礙時的一般所采用的范圍值；而且，能盡量的避免外界干擾的存在。由于語報是使用語音合成工具合成的，所以方便更改語報的內(nèi)容。進(jìn)行語音導(dǎo)航，語音延時短，語速和音量可以進(jìn)行調(diào)整。除了近距離50cm內(nèi)的范圍外，增加的有源蜂鳴器可以播報0～300cm距離內(nèi)的路障，距離越近蜂鳴器鳴笛的頻率越高，它的添加無法對遠(yuǎn)距離障礙的測量。能很好的為盲人提供服務(wù)，保障盲人行走時的安全。

（二）衛(wèi)星定位及短信發(fā)送的結(jié)果

A9G在代碼編輯方面時方便調(diào)控和編寫，同時，由于A9G整合了GSM/GPRS+GPRS/GPS功能，所以該模塊不僅完成了衛(wèi)星的定位，還做到了短信的發(fā)送和編輯。A9G為開源電路，利于優(yōu)化調(diào)試和二次的開發(fā)。其芯片的精準(zhǔn)度也較為高，就以?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院-西苑學(xué)生公寓三棟為例。

從A9G模塊上得到的坐標(biāo)為：1958.1692，N11029.0297，E如圖4所示。

我們所接收到的坐標(biāo)為地球坐標(biāo)，需進(jìn)行轉(zhuǎn)換為火星坐標(biāo)才可對目前位置的定位。原因是，美國的GPS目前所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS84，它是以經(jīng)緯度來表示出地球所在平面某一點(diǎn)的位置信息，但我國為了對國家安全的考慮，使得國內(nèi)所有使用導(dǎo)航電子的地圖必須使用國家測繪局特意加密過后的坐標(biāo)系統(tǒng)驚喜使用，目的是將真實(shí)存在的地理經(jīng)緯度坐標(biāo)通過加密的手段，修改成不正確的一個地理經(jīng)緯度坐標(biāo)，方便各方人士使用，所以將前者定義為地球坐標(biāo)，后者稱之為火星坐標(biāo)以做到區(qū)別使用。

通過下方圖5和圖6的GPSspg經(jīng)緯度查詢可以清楚地看到，該坐標(biāo)定到了當(dāng)前所在?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院-西苑學(xué)生公寓三棟，實(shí)際測量物理偏差在5米左右；符合條件要求。

三、結(jié)論

該盲人導(dǎo)航輔助工具，不僅系統(tǒng)性的實(shí)現(xiàn)了為盲人提供語音服務(wù)，播報障礙物的功能，盡可能的減輕了盲人在行走不便時從在的安全隱患，方便了盲人平常的出行；還進(jìn)行對盲人地理位置的精準(zhǔn)定位，可以及時的為盲人家屬提供自身所處的位置，方便了盲人及其家屬。雖不能完全讓盲人在行走時，避免在社會中的所有問題，但在一定的程度上也起到了幫助盲人的作用；在實(shí)際測試中隨伴隨著不可避免的誤差值，不過差值較小不會在實(shí)際使用中造成太大的干擾。但也充分體現(xiàn)出該盲人導(dǎo)航輔助工具的可行性和實(shí)用性。盲人導(dǎo)航輔助工具采用了一塊51單片機(jī)芯片、3個模塊（超聲波模塊、語音播報模塊、A9G模塊）它的造價低廉，物件輕小、便于攜帶；不足之處是無法檢測地面不平整給盲人帶來的麻煩。

參考文獻(xiàn)

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[2]諶小猛，魯明輝.盲人定向行走輔具的發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國特殊教育，2017（09）.

作者簡介：姜有鑫（1997—），男，?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院，學(xué)生，研究方向：電氣工程及其自動化；莫光華（1997—），男，海口經(jīng)濟(jì)學(xué)院，學(xué)生，研究方向：電氣工程及其自動化；程思寧（1980—），女，海口經(jīng)濟(jì)學(xué)院，副教授，研究方向：電子信息、電氣自動化、虛擬仿真的教學(xué)與研究。