智能導(dǎo)盲車設(shè)計(jì)與制作

胡澳 沈鑫 房劍飛 吳金文

【摘?要】智能導(dǎo)盲車是為視覺(jué)障礙者提供環(huán)境導(dǎo)引的輔助工具。它屬于服務(wù)機(jī)器人范疇，通過(guò)多種傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，將探測(cè)的信息反饋給視覺(jué)障礙者，幫助彌補(bǔ)他們視覺(jué)信息的缺失。世界上視覺(jué)障礙者數(shù)量眾多，而他們只能用60%的感覺(jué)來(lái)獲取經(jīng)驗(yàn)。因而設(shè)計(jì)一款實(shí)用的導(dǎo)盲機(jī)器人來(lái)幫助視覺(jué)障礙者是十分重要的。

【關(guān)鍵詞】智能導(dǎo)盲車;傳感器;

Abstract：Intelligent guide vehicle is an auxiliary tool to provide environmental guidance for people with visual impairment.It belongs to the category of service robots，through a variety of sensors to detect the surrounding environment，the information of the detection feedback to the visually impaired，help to make up for their lack of visual information.The number of people with visual disabilities in the world is large，and they can only use 60% of the feeling to gain experience.So it is very important to design a practical guide robot to help the visually impaired.

Keywords：Intelligent guide car;Sensor;

引言

來(lái)自世界衛(wèi)生組織權(quán)威數(shù)據(jù)揭示，全世界視覺(jué)障礙著數(shù)量多于1.5億，盲人數(shù)量達(dá)到4500萬(wàn)，我國(guó)的人口數(shù)量龐大，盲人也非常多，占據(jù)世界份額的18%。由于視覺(jué)信息的缺失，視力障礙者難以感知周圍環(huán)境，自由行走受到阻礙，使其生活自理等方面受到諸多限制。無(wú)法完全自主的行動(dòng)給視覺(jué)障礙患者的平常生活帶來(lái)了較多不便和麻煩，是影響其日常生活質(zhì)量的重要因素。隨著視力障礙者數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)引導(dǎo)輔助工具的需求更多要求也更高，因此，對(duì)于盲人引導(dǎo)輔助設(shè)備的研究刻不容緩。

本文在綜述國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有導(dǎo)盲機(jī)器人的基礎(chǔ)上，確定了智能導(dǎo)盲車的總體設(shè)計(jì)方案。其中智能導(dǎo)盲機(jī)器人行走方式采用履帶式行走結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制車體行進(jìn)方向。采用單片機(jī)控制，配備超聲波傳感器、紅外傳感器等檢測(cè)環(huán)境信息，隨之將與障礙物之間的距離信息傳送至顯示屏上，并具有語(yǔ)音提示功能。

1.總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能導(dǎo)盲車主要是由控制模塊，傳感器模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，語(yǔ)音模塊和顯示模塊組成，其中最重要的部分是控制模塊，采用STM32F1VET6為主控芯片。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用直流減速電機(jī)和L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制模塊輸出，傳送至L298N驅(qū)動(dòng)板控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);傳感器模塊分別采用超聲波傳感器和紅外傳感器，這兩種裝置加上舵機(jī)共同組成了傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的識(shí)別;語(yǔ)音模塊采用JQ8900-16P芯片和喇叭構(gòu)成，通過(guò)控制模塊傳送的信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音提示;顯示模塊則使用OLED屏作為顯示器，通過(guò)傳感器模塊所傳遞的信號(hào)，在控制模塊中進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)換，最終傳送至OLED屏中顯示當(dāng)前周邊環(huán)境的信息。通過(guò)各個(gè)模塊之間相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)盲車的功能。圖一為設(shè)計(jì)方案圖。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1控制模塊

控制模塊采用STM32F1系列芯片，STM32F1 系列產(chǎn)品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 處理器內(nèi)核，整合增強(qiáng)的技術(shù)和功能，瞄準(zhǔn)超低成本預(yù)算的應(yīng)用。該系列微控制器縮短了采用 8位和16位微控制器的設(shè)備與采用32位微控制器的設(shè)備之間的性能差距，能夠在經(jīng)濟(jì)型用戶終端產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)且復(fù)雜的功能。

2.2傳感器模塊

傳感器模塊主要由超聲波傳感器和紅外傳感器構(gòu)成，通過(guò)超聲波和紅外傳感的相互作用，增加對(duì)周邊環(huán)境信息的準(zhǔn)確性。

2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由電動(dòng)機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片組成，其中驅(qū)動(dòng)芯片采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片，而電動(dòng)機(jī)種類繁多，根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，又可將電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。其中異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且工作效率高，運(yùn)行可靠，普遍用于各種產(chǎn)業(yè)。因此本文采用的電機(jī)為直流減速電機(jī)。

2.4顯示模塊

顯示屏幕種類繁多，其中OLED顯示屏是利用有機(jī)電致發(fā)光二極管制成的顯示屏。由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。所以本文采用的顯示器為OLED屏幕。

2.5語(yǔ)音播報(bào)模塊

作為服務(wù)類機(jī)器人，語(yǔ)音播報(bào)是必不可少的環(huán)節(jié)。而本文采用的語(yǔ)音控制芯片為JQ8900-16P。此芯片最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠靈活的更換SPI-flash內(nèi)的語(yǔ)音內(nèi)容，省去了傳統(tǒng)語(yǔ)音芯片需要安裝，上位機(jī)更換語(yǔ)音的麻煩，使得產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)變得.便捷簡(jiǎn)單。

3.軟件系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)

3.1控制模塊的I/O地址分布

4.總結(jié)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：按下啟動(dòng)按鍵，智能導(dǎo)盲車發(fā)出啟動(dòng)語(yǔ)音開(kāi)始工作，當(dāng)前方遇到障礙物時(shí)，及時(shí)剎車停止前進(jìn)并發(fā)出前方有障礙物的語(yǔ)音，轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)讀取機(jī)器人左右兩邊道路情況，當(dāng)右邊比左邊空曠時(shí)，發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令并進(jìn)行語(yǔ)音提示。相反，當(dāng)左邊比右邊空曠時(shí)發(fā)出向左轉(zhuǎn)的指令并進(jìn)行語(yǔ)音提示。當(dāng)左右兩邊均無(wú)法通過(guò)，則發(fā)出掉頭的指令。當(dāng)按下結(jié)束按鍵機(jī)器人停止工作并發(fā)出結(jié)束語(yǔ)音。

誤差分析：在前進(jìn)過(guò)程中，超聲波信號(hào)傳遞存在延遲，導(dǎo)致不能及時(shí)剎車。解決方法是添加紅外傳感器使其與超聲波傳感器相互作用，使導(dǎo)盲更加精準(zhǔn)，增加容錯(cuò)率。

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作者簡(jiǎn)介：

胡澳（1999—），男，漢族，河北邯鄲，學(xué)生，學(xué)士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化;

沈鑫（1999—），男，漢族，江蘇鹽城，學(xué)生，學(xué)士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化;

房劍飛（1991-），男，漢族，江蘇南京，教師，講師，碩士，研究方向機(jī)電一體化;

吳金文（1984-），男，漢族，江蘇南京，教師，講師，碩士，研究方向機(jī)電一體化。

基金項(xiàng)目：

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目智能導(dǎo)盲車的設(shè)計(jì)與制作，（項(xiàng)目編號(hào)：201913905022H）。

（作者單位：1，2，3，4南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院）