安良帥 董碩 葉昊坤 趙芳華

摘 要：設(shè)計(jì)了一款智能導(dǎo)盲鞋，盲人可以與導(dǎo)航鞋進(jìn)行簡(jiǎn)單的交流，實(shí)現(xiàn)盲人定位與避障。近幾年來，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展越來越成熟，以單片機(jī)為核心的技術(shù)可以為盲人提供很多方便。導(dǎo)盲鞋與手機(jī)APP來連接，家屬也可在APP查看使用者所處的位置及狀態(tài)，為盲人建立電子圍欄，避免盲人走丟。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲鞋;超聲波測(cè)距;GPS定位;APP連接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.144

1 前言

近年來，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用為盲人導(dǎo)盲系統(tǒng)提供了新的研究方向，以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的導(dǎo)盲系統(tǒng)也變得越來越重要。據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的盲人達(dá)1400萬，數(shù)量列居世界之首。每年，我國(guó)新增盲人和弱視群體約 45 萬，隨著該群體的數(shù)量逐年增加，他們的出行問題也逐漸凸顯出來，對(duì)盲人產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也提出更高的要求。

2 盲人情感特征及出行需求分析

正常人面對(duì)黑暗尚且恐懼，失去視覺感知能力的盲人更容易受到未知世界的威脅，無法準(zhǔn)確識(shí)別環(huán)境，嚴(yán)重缺乏安全感。根據(jù)馬斯洛需求層次理論，安全需要是僅次于生理需要的基本需要。盲人導(dǎo)航設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能多的給予可靠的外界信息，來提高盲人安全感，從而減少盲人內(nèi)心的恐懼與慌亂。

3 導(dǎo)盲鞋模塊功能介紹及各模塊安放位置

本款導(dǎo)盲鞋是一種綜合超聲波測(cè)距、坡面角度探測(cè)、GPS定位、語音震動(dòng)提示等功能的新型導(dǎo)盲鞋，能夠?yàn)槊と颂峁?zhǔn)確的周圍環(huán)境信息，保障使用者安全。在單片機(jī)選擇上，采用性價(jià)比較高的STM32系列作為主控芯片，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供極高的處理速度和豐富的可調(diào)用資源。

3.1 超聲波測(cè)距模塊

導(dǎo)盲鞋通過傳感器檢測(cè)與障礙物之間的距離，實(shí)現(xiàn)探測(cè)功能。目前，普遍采用的測(cè)距傳感器是紅外傳感器和超聲波測(cè)距傳感器。紅外傳感器體積較小但成本高昂;超聲波傳感器體積較大但成本低廉。超聲波傳感器測(cè)量距離普遍比紅外傳感器的遠(yuǎn)，最小測(cè)量距離較小，對(duì)于導(dǎo)盲鞋的應(yīng)用場(chǎng)合更為適宜?？紤]到室外環(huán)境溫度變化比較劇烈，經(jīng)過反復(fù)對(duì)比，最終決定采用具有溫度補(bǔ)償模塊的超聲波傳感器US-100超聲波模塊。

3.2 坡面角度探測(cè)模塊

對(duì)于盲人而言，坡路有較高的危險(xiǎn)性，因此需要及時(shí)提醒盲人注意。因此可以通過測(cè)量坡面與水平面之間的夾角進(jìn)行判斷坡度，在夾角變化Δα超過一定閾值后，鞋內(nèi)的震動(dòng)模塊發(fā)生震動(dòng)，同時(shí)語音模塊發(fā)出提醒，從而保證安全?？紤]到在本產(chǎn)品中，角度傳感器的目的是測(cè)量對(duì)地水平面的角度，因此可采用小巧靈活的陀螺儀[1]測(cè)量鞋底部的角速度，當(dāng)角速度過大時(shí)，即可判斷為夾角變化超過閾值，引發(fā)警報(bào)。

3.3 GPS定位模塊

GPS定位模塊將當(dāng)前地理位置信息以文本格式傳遞給CPU ，然后CPU將會(huì)控制語音提示模塊，發(fā)出提示信息，提供對(duì)使用者的位置提示參考。產(chǎn)品中警告提示部分包含語音提示方式和震動(dòng)提示方式。并在主控芯片內(nèi)置機(jī)器學(xué)習(xí)算法，GPS模塊采集使用者經(jīng)過路線，通過訓(xùn)練，為使用者提供一定的路線規(guī)劃服務(wù)[2]。

3.4 各模塊安放位置設(shè)計(jì)

超聲測(cè)距模塊安裝在導(dǎo)盲鞋的前端，負(fù)責(zé)測(cè)量與前方突出部分的的距離。GPS模塊需要良好的信號(hào)，盡量避免覆蓋材料對(duì)信號(hào)的衰減，安裝在鞋的表面部位。陀螺儀安裝在導(dǎo)盲鞋的底部，在不同的位置測(cè)得的角速度會(huì)有所不同，通過陀螺儀布置的位置和算法參數(shù)、閾值，實(shí)現(xiàn)坡路檢測(cè)。

4 “盲行APP”設(shè)計(jì)

“盲行APP”分為兩個(gè)用戶終端，一個(gè)終端為盲人終端，另一個(gè)為家屬終端。盲人終端具有語音助手功能，盲人可以與語音助手進(jìn)行簡(jiǎn)單的交流，來獲取地理位置或其它信息。家屬終端可以通過APP實(shí)時(shí)查看使用者位置，家屬也可在APP上建立GPS區(qū)域圍欄[3]，一旦檢測(cè)到超出區(qū)域標(biāo)記范圍，導(dǎo)盲鞋便會(huì)發(fā)出提醒，APP也可在使用者走失后為尋找使用者提供幫助。為使用者建立雙重安全提供保障。

5 結(jié)語

在導(dǎo)盲鞋外觀設(shè)計(jì)方面，在滿足使用者的功能需求之外，本著的“功能決定形式”的設(shè)計(jì)原則和“以人為本”的設(shè)計(jì)理念[5]，以穿戴簡(jiǎn)單，外形美觀為主要設(shè)計(jì)方向，辨識(shí)度高為輔助設(shè)計(jì)方向。在導(dǎo)盲鞋功能方面，盡可能多的給予盲人可靠的外界信息，來準(zhǔn)確的識(shí)別周圍環(huán)境，來提高盲人的安全出行系數(shù)和安全感。希望本設(shè)計(jì)能夠在盲人心中點(diǎn)燃一盞明燈，擺脫外出道路上的陰影，成為盲人探索世界的安全保障。

參考文獻(xiàn)：

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