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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

1955年创刊,是国内电子科普领域创刊最早、发行量最大的知名杂志,累计发行量超过3亿册,倡导科普、兴趣、实作、分享的办刊理念。

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轮式智能语音导盲杖

2015-12-25 10:12:08
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品
轮式智能语音导盲杖 
赵子晨

想法由来与确定思路

据世界卫生组织统计,全世界有4000万到4500万的盲人群体。中国是世界盲人最多的国家,约有500,占全世界盲人口的18%,我国每年会出现新盲人大约45万,低视力135万。他们的生活甚至生命也值得人们关注。由于失去了感官中最重要的视觉,盲人的世界一片黑暗。虽然很多盲人都靠着敏锐的听觉和反复的练习重新获得了基本生活的能力,仅在移动方面就困难重重。每年全世界都有数以万计的盲人因为意外事故受伤甚至死亡。何不利用现代的电子技术与工程技术改造传统盲杖,使盲人得到更好的使用体验以及更安全的出行方法?

有了方向就需要确定细节。盲人到底需要一根什么样的导盲杖?一番头脑风暴后,我锁定了4个关键点:

Ø  便宜:成本低,功能高度集成。

Ø  智能:全方位自动收集障碍信息。

Ø  易用:全中文真人语音播报。

Ø  安全:轮式四足稳定支撑。

4个关键点展开来说,盲杖应实现以下功能:

1.可以实时监测导盲杖前方障碍物距离以及地面情况。如果与障碍物的距离小于安全距离(可根据个人习惯进行参数设定)或地面情况异常,则中文(或其他语言)语音播报,提示盲人与障碍物的距离或地面情况信息。

2.盲人可以通过简单的方式与导盲杖进行交互,主动获取前方障碍物的情况或地面信息。

3.监测环境光线亮度,如果亮度不足以使盲人被其他人注意或发现,盲杖自发光以警示其自身位置,可有效避免被碰撞。

4.作为导盲器具,自身的重量要轻,并且具备一定的强度,用以支撑身体。

5.盲人属低收入弱势群体,因此作品成本不能太高,功能需要高度集成。

应对以上目标,本设计采用增强型51单片机STC12C5A60S2作为主控制器,价格低廉且集成度高。选用微动开关作为人机交互方式;选用US-015型超声波传感器监测有无障碍物以及与障碍物的距离;选用两个反射式红外传感器构成一定角度来监测地面情况。软件方面运用多种单片机内置资源,计时器中断、外部中断等协调运作,通过I/O端口与传感器实现交互。

软件设计思路

软件设计的总思路为:开机上电,各模块初始化,反复读取并处理按键、超声波传感器、两个红外传感器的状态,若按键被按下,则播报当前障碍物情况以及地面情况;若超声波传感器测的距离小于设定的报警距离,则播报当前障碍物情况以及地面情况;若任意一个红外传感器状态改变,则仅播报当前地面情况。上文提到过本作品针对的是残障人士,成本也要作为考虑的主要因素,想要把成本控制到最低,那么功能的实现要尽量基于软件而不是增加外部模块,所以报警的功能要由单片机直接驱动发声器件实现。所以在软件方面,巧妙运用单片机的PWM脉宽调制端口,在不使用语音模块的情况下,报警提示音能够避开通常采用但盲人不易理解的“嘀”声报警,而是采用真人中文发音录制,用音频处理软件把音频转化成88kHz采样的音频编码,存入单片机的ROM中,并用PWM脉宽调制解码并直接播放。系统流程图如图1所示。

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(未完。全文详见《无线电》杂志2015年12期)


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