基于单片机的智能导盲杖的研究与设计

张旭 李姿 任兴宝

沈阳工学院

基于单片机的智能导盲杖的研究与设计

张旭 李姿 任兴宝

沈阳工学院

随着现代社会的飞速发展，现代的交通水平日益发达，对于视觉障碍者来说出行越来越困难。为了改善盲人的出行条件，增强其社会适应能力，设计超声波技术的导盲杖具有重要的现实意义和应用价值。

单片机 导盲杖 超声波

1 设计背景

随着信息化和数字化的发展，现在社会中人们的生活变得更加丰富多彩，生活更加便利。但是有一种人群却不容忽视，社会上形形色色、丰富多彩的事物与他们无缘的，他们就是盲人。盲人在现实生活中的困难与心理上的痛苦是可想而知的。他们的衣食住行存在诸多不便，而在出行与人际交往中遇到的困难更加突出。目前，市场上的导盲工具主要是导盲犬和导盲杖，导盲犬的培训过程长达18个月，综合费用达2.5～3万美元，如此昂贵的价格不是普通用户能承担的。导盲杖的短距离感知障碍物也对于当前的交通情况所不容乐观。因此建立超声波技术的导盲杖设计，使盲人或视觉障碍人士的出行更加便利，适应社会生活能力增强，具有重要的现实意义和应用价值。

2 系统硬件设计

此系统针对于盲人和有视觉障碍的残障人士所设计，通过超声波测距传感器来实现实时对人体（导盲杖）对物体距离的测量，并将测量数据送入微处理器，并通过处理器设定的限制实时提醒使用人员当前与障碍物的距离。

本系统以STC89C52RC芯片为核心，硬件设计主要包括电源、单片机控制系统、超声波测距模块、时钟模块、按键模块、语音播报模块和震动模块等模块。其系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图

2.1 单片机最小系统

本系统采用STC89C52RC单片机为系统的核心控制器。单片机最小系统包括单片机芯片、复位电路和晶振电路，单片机内部采用11.0592MHz时钟频率，通过软件构成系统时钟。

2.2 测距模块

本系统采用2个超声测距模块作为系统的距离检测传感器，将这两个传感器分别放置在导盲杖的中部和底部分别检测前方不同高度的实时距离。当检测到的任何一个距离小于系统设定的最小距离，系统都会报警提示持杖人的前方有障碍。

2.3 语音播报模块和震动模块

本系统在报警设置时考虑到了持杖人所处的环境，所以本系统设置了同步的语音播报和震动报警，这样可以使使用者确定的接收到系统的报警，提高了导盲杖的使用准确性，也同时保证了使用的安全系数。

2.4 时钟模块

系统为了使持杖者方便，设计了实时播报时间的功能。系统中采用了DS1302实现了对当前时间的准确计时。时钟模块电路图如图2所示。电路中利用32.768KHz晶振维持系统时钟的频率。

图2 时钟模块电路原理图

3 系统软件设计

系统软件设计中使用C语言进行编程，其具有简洁紧凑、灵活方便、可移植性好、数据处理能力强等优点。通过设计软件流程图，分析系统功能，经软件调试无误后植入单片机系统中，实现信号的采集与处理、报警等功能。

4 结论

本系统开发了一套集传感器数据采集、微处理器自动处理和执行机构的系统装置。本系统涉及电子信息、微计算机控制系统等先进技术，多学科相互交叉融合，从而实现了导盲杖的多种功能，更加适用于盲人或有视觉障碍的人使用。

[1]李群芳.单片机微型计算机与接口技术[M].北京:电子工业出版社,2001

[2]兰羽.具有温度补偿功能的超声波测距系统设计[J].电子测量技术,2013,02

[3]张波.基于STC89C51单片机超声波测距系统的设计[J].机床与液压,2010,18

李姿（通讯作者）（1982-），女，辽宁沈阳人，讲师，硕士研究生，现主要从事电气工程及其自动化方面的相关教学工作。

张旭（1995-），男，汉族，辽宁沈阳人，沈阳工学院信息与控制学院学生，自动化专业，研究方向：超声波测距。