智能盲道系統(tǒng)

邱星瑞

研究背景

我的鄰居是一位盲人，經(jīng)常和我訴說外出不方便，讓我深感同情。

我查閱了資料，發(fā)現(xiàn)我國(guó)每年新增盲人大約45萬，低視力患者135萬，即每分鐘大約就會(huì)出現(xiàn)1位盲人、3位低視力患者。然而，由于相關(guān)政策缺失、盲道建設(shè)不合理、國(guó)內(nèi)導(dǎo)盲犬培訓(xùn)水平有限且周期太長(zhǎng)等，視障人士面臨著很大的出行阻力。

目前，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)重要部分，幾乎所有城市都修建了盲道，以便視障人士出行。然而，盲道由于被無故中斷與破壞、缺乏指示信息等，并未有效地發(fā)揮作用。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和智能硬件的日益興起，為解決視障人士出行問題提供了新的解決思路。我們可以對(duì)視障人士常用的出行輔助工具——盲道和盲杖進(jìn)行改造，通過智能設(shè)計(jì)，使其更好地解決盲人出行過程中遇到的問題。為此，我以傳統(tǒng)的盲道和盲杖為載體，對(duì)盲道加以改造，結(jié)合智能盲杖，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單而實(shí)用的視障人士出行系統(tǒng)，以解決視障人士的出行問題，讓他們能夠更好地融入日常生活。

研究思路

針對(duì)視障人士無法辨識(shí)道路這一問題，我利用霍爾磁性傳感器，將藍(lán)牙通信連上廣播系統(tǒng)（或者藍(lán)牙耳機(jī)），在盲杖底部嵌入一塊磁鐵，當(dāng)途經(jīng)人行道主要位置時(shí)，會(huì)激活藍(lán)牙廣播系統(tǒng)，提醒視障人士所處的位置和附近的主要建筑物（如醫(yī)院、超市、小區(qū)、公交站等）。盲杖上安裝超聲波和人體紅外傳感器，以鳴笛報(bào)警、手柄振動(dòng)報(bào)警來彌補(bǔ)視障人士的視覺缺陷，提供便利的通行指示信號(hào)。

研究過程

我查閱、收集了盲道設(shè)計(jì)與使用的資料，并進(jìn)行了實(shí)地察看，還訪問了路政公司、視障人士，了解了視障人士出行遇到的主要障礙，最終確定了智能盲道系統(tǒng)的功能。

智能盲道系統(tǒng)包括盲杖和盲道，兩者相互配合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲功能。盲杖包括扶手部和支撐部，兩者內(nèi)部均設(shè)置有空腔。

扶手部的空腔內(nèi)安裝有振動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)振動(dòng)馬達(dá)振動(dòng)時(shí)，使用者的手部能夠較為清晰地感受到振動(dòng)。設(shè)計(jì)方案中，為了使視障人士能夠依靠直接觸摸分辨出扶手部的前端和后端，可以設(shè)置為不同形狀（以支撐部為界），如直線形和曲線形、具有不同弧度的曲線形等；或?qū)⒎鍪植康那?、后設(shè)置為不同的長(zhǎng)度；或設(shè)計(jì)為形狀不同的表面紋路，如曲線和直線、線形和網(wǎng)格等；或一端加工有紋路，一端則沒有；抑或用具有不同觸摸感的材質(zhì)，如金屬和木材、有機(jī)玻璃和布料、塑料和皮革等材質(zhì)組合。

支撐部空腔內(nèi)安裝有第一控制器和電源，最下端位置安裝有永磁鐵，永磁鐵的磁極位于其上、下兩端。支撐部的外部安裝有蜂鳴器、LED燈、無線收發(fā)模塊。第一控制器與永磁鐵、蜂鳴器、LED燈、電源、無線收發(fā)模塊、振動(dòng)馬達(dá)信號(hào)連接。

支撐部上安裝有紅外傳感器和超聲波收發(fā)器，與第一控制器信號(hào)連接，用于監(jiān)測(cè)道路上的行人、自行車等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)快速接近的行人或物體，第一控制器就會(huì)控制馬達(dá)振動(dòng)以提醒用戶。

支撐部上還安裝有光線感應(yīng)器，當(dāng)?shù)谝豢刂破鹘邮展饩€感應(yīng)器信號(hào)，當(dāng)判斷外部環(huán)境處于夜晚或低亮度時(shí)，便會(huì)打開LED燈。第一控制器依靠紅外傳感器和超聲波收發(fā)器發(fā)現(xiàn)快速接近的行人或物體，還將控制蜂鳴器發(fā)出提示音，同時(shí)LED燈閃爍，對(duì)行人作出提示。

盲道預(yù)埋有霍爾磁性傳感器，沿著盲道呈陣列排布。盲道的功能結(jié)構(gòu)還包括第二控制器，安裝于道路旁的控制箱內(nèi)。道路旁設(shè)置有揚(yáng)聲器。其中，第二控制器與霍爾磁性傳感器、揚(yáng)聲器信號(hào)連接。

為了保證導(dǎo)盲系統(tǒng)基礎(chǔ)功能的穩(wěn)定性，第二控制器、霍爾磁性傳感器和揚(yáng)聲器由太陽能供電?；魻柎判詡鞲衅鞯纳戏轿恢冒惭b軟磁材料塊，優(yōu)選為取向硅鋼，上表面露出但不凸出于盲道。

當(dāng)永磁鐵觸碰或接近取向硅鋼時(shí)，取向硅鋼被磁化，霍爾磁性傳感器感應(yīng)到磁場(chǎng)變化，將信號(hào)傳遞至第二控制器，第二控制器控制揚(yáng)聲器播報(bào)當(dāng)前位置的相關(guān)信息，包括在當(dāng)前盲道上的具體位置、周邊的主要道路、建筑物（例如醫(yī)院、公交站、超市、小區(qū)）等相關(guān)信息。

電源為可充電的鋰電池，支撐部上設(shè)置有用于接充電線路的接口。支撐部的外側(cè)還安裝有柔性太陽能電池板，與電源連接，以最大限度保證在低電量時(shí)功能的完整性。由于盲道采用太陽能供電，而盲杖采用磁鐵，用戶不必?fù)?dān)心因電量問題而影響其主要功能的使用。在電量消耗到最極端的條件下，磁鐵依然可以觸發(fā)霍爾磁性傳感器，得到信息反饋。

該系統(tǒng)還包括和盲杖相配套的遙控器，用于發(fā)送信號(hào)指令，體積小、便攜化，視障人士可隨身攜帶。當(dāng)盲杖的無線收發(fā)模塊接收到遙控器發(fā)送的信號(hào)指令時(shí)，第一控制器控制蜂鳴器和LED燈工作，以提醒用戶本人或周圍的人的位置信息。

在行人道路邊安裝播放器，與盲杖對(duì)應(yīng)，視障人士可以通過智能盲杖激活預(yù)留智能系統(tǒng)，從而了解所處位置等一系列信息。