薛 毅，崔皓然，姚志強(qiáng)，方 嵩，張治國(guó)，熊東東，王 勝

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

盲人平常在行走時(shí)，通常會(huì)通過(guò)一根很常見的拐杖不斷敲擊地面來(lái)躲開前方的障礙物，但是這樣的做法往往作用范圍有限，不能及時(shí)提醒路人和來(lái)往車輛避讓。目前廣泛采用的的超聲波探測(cè)技術(shù)雖然能較好的做到這一點(diǎn)，但是有些低洼的地面還是探測(cè)不到。所以我們采用激光雷達(dá)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，它會(huì)向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得障礙物的有關(guān)信息，在手杖上語(yǔ)音播報(bào)前方的情況。

1 多功能導(dǎo)盲杖的總體設(shè)計(jì)

該多功能導(dǎo)盲杖以STM32單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心，主要由一個(gè)主控系統(tǒng)以及若干模塊：激光雷達(dá)模塊，溫度感知模塊，光感應(yīng)模塊，語(yǔ)音報(bào)警模塊，接收放大模塊，按鍵控制模塊等模塊組成。如圖1所示。

圖1 導(dǎo)盲杖總體設(shè)計(jì)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 激光雷達(dá)模塊的設(shè)計(jì)

激光雷達(dá)模塊[1](如圖2所示)依靠STM32單片機(jī)芯片的驅(qū)動(dòng)。輸入信號(hào)以脈沖的方式傳到單片機(jī)當(dāng)中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)字電路的處理，輸出信號(hào)同樣以脈沖方式傳入到激光雷達(dá)當(dāng)中。STM32芯片在整個(gè)設(shè)計(jì)電路中充當(dāng)控制器，處理激光雷達(dá)接收的信號(hào)。在激光雷達(dá)處理接收到的信號(hào)時(shí)，我們通過(guò)電路上的設(shè)計(jì)讓脈沖時(shí)間變長(zhǎng)[2]，以便激光雷達(dá)能得到更好的負(fù)反饋。在脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們以縮小脈沖的寬度和上升時(shí)間為原則，使整個(gè)激光測(cè)距過(guò)程所用的時(shí)間更短。

圖2 激光雷達(dá)原理簡(jiǎn)圖

2.2 光感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)

光感應(yīng)模塊首先檢測(cè)光感測(cè)的強(qiáng)度，并確定LED紅外傳感器的模塊是否處于待機(jī)狀態(tài)并鎖定。如圖3所示。

在白天或強(qiáng)光下，光感應(yīng)模塊會(huì)根據(jù)感測(cè)值鎖定紅外線感應(yīng)模塊和延遲開關(guān)模塊。在傍晚或光線昏暗時(shí)，光感應(yīng)模塊根據(jù)感測(cè)值使紅外感應(yīng)模塊和延遲開關(guān)模塊處于待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，如果人體進(jìn)入引導(dǎo)棒的感應(yīng)范圍，紅外感應(yīng)模塊將打開并檢測(cè)信號(hào)。信號(hào)觸發(fā)延遲開關(guān)模塊打開LED紅外傳感器燈。

圖3 光感應(yīng)電路

當(dāng)盲人拄著拐杖時(shí)，他會(huì)直接向拐杖發(fā)出信號(hào)，并且燈光會(huì)在晚上自動(dòng)打開。當(dāng)周圍有人時(shí)，燈光的亮度會(huì)升高，使其他人注意到盲人。

2.3 語(yǔ)音警報(bào)裝置的設(shè)計(jì)[3]

嵌入式語(yǔ)音廣播系統(tǒng)的硬件電路主要包括三個(gè)部分，即主控制器部分，語(yǔ)音合成部分和音頻功率放大部分。定位機(jī)向主控制器部分發(fā)送指令，主控制器對(duì)指令進(jìn)行分析并發(fā)送。通過(guò)SPI接口的文本信息，指令被發(fā)送到語(yǔ)音合成板，語(yǔ)音合成板將文本信息轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音信息，并將其發(fā)送到音頻功率放大器電路[4]。在此期間，主控制器還將監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，將當(dāng)前系統(tǒng)返回到運(yùn)行狀態(tài)，并在緊急情況下提供語(yǔ)音提示。

2.4 溫度感知模塊的設(shè)計(jì)[5]

NTC(Negative Temperature Coefficient)是一種隨溫度上升時(shí)，電阻值呈指數(shù)關(guān)系減小的熱敏電阻，應(yīng)用廣泛。本控制電路采用了NTC來(lái)控制加熱并測(cè)溫，使用三極管作為加熱元件，通過(guò)NTC來(lái)控制通過(guò)三極管的電流，以起到控制溫度的作用，溫度控制通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)控制，同時(shí)使用另一個(gè)NTC來(lái)測(cè)量當(dāng)前的溫度。

圖4 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、接收中斷子程序、溫度補(bǔ)償子程序、語(yǔ)音播報(bào)子程序及聲光報(bào)警子程序等組成,經(jīng)由STM32單片機(jī)處理完成。圖6為導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)圖。

圖5 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖 圖6 導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

智能導(dǎo)盲杖的出現(xiàn)給盲人的生活帶來(lái)極大的便利，它結(jié)合多個(gè)模塊，能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻給盲人提醒。在科技和交通飛速發(fā)展的今天，它能夠讓盲人可以像正常人一樣行走。未來(lái)，智能化將會(huì)成為這個(gè)時(shí)代的主題，智能化技術(shù)在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上將擁有廣闊的前景。