智能导盲拐杖

智能导盲拐杖2016年10月1智能导盲拐杖摘要:针对市场上供盲人使用的导盲拐杖结构简单，功能单一，无法实现较好的导盲效果的弱点，本作品设计为盲人提供行走时，遇到前方障碍物提前躲避的预警系统。以STM32F103C8T6作为核心处理器，具有GPS坐标定位，GSM短信发送，超声波避障，警报提示等功能的智能拐杖；介绍了智能拐杖的组成结构和工作原理，通过MPU6050获取姿态数据和HC-SR04模块获取超声波回波时间差，进行姿态数据计算，判断人是否摔倒并测量人与物体之间的安全距离，实现了提前预警使用者避让障碍物，起到避免安全隐患的作用；通过GPS模块，获取当前坐标，通过语音播报导航，通过GSM模块进行短信发送，获取实时位置，起到导航和快速救助的作用。关键词：智能避障；超声波测距；GPS定位；STM32F103C8T6；语音提示ABSTRACT:Aimingattheweaknessofblindguidecaneonthemarketwithsimplestructureandfunctionwhichisunabletoachieveagoodblindguidingfunction,Thisdesignstudyfortheblindtowalk,meetobstaclesaheadofearlywarningsystem.STM32F103C8T6asthecoreprocessor,whichhasthefunctionofGPSpositioningandGSMSMSsent,ultrasonicdetectionofobstaclesandvoiceprompting.Describedthecompositionandworkingprincipleoftheintelligentcane;TheMPU6050obtainstheattitudedataandtheHC-SR04toobtaintheultrasonicechotimedifference,carriesontheposturedatacalculation,judgeswhetherthepersonfallsandmeasuresthesafedistancebetweenthehumanandtheobject,implementtheearlywarningusersavoidobstacles,avoidsafehiddentrouble.ThroughtheGPSmodule,getthe2currentcoordinates,throughthevoicebroadcastnavigation,throughtheGSMmodulefortextmessagestosend,accesstoreal-timelocation,playaroleinnavigationandrapidrelief.Keywords:Intelligentobstacleavoidance;ultrasonicranging;GPSpositioning;STM32F103C8T6;voiceprompts3目录1．引言............................................................................................................................11.1设计研究的背景及意义.....................................................................................11.2设计研究的内容.................................................................................................11.3本章小结.............................................................................................................22．智能导盲拐杖系统设计............................................................................................32.1设计实现的功能.................................................................................................32.2设计思路.............................................................................................................32.3硬件电路设计.....................................................................................................42.3.1核心控制模块...........................................................................................52.3.2超声波收发模块.......................................................................................52.3.3姿态检测模块.........................................................................................72.3.4语音播报模块...........................................................................................82.3.5定位模块...................................................................................................82.3.6短信发送模块...........................................................................................92.3.7光敏感应和灯光模块...............................................................................92.4软件设计...........................................................................................................112.4.1算法流程图.............................................................................................112.4.2算法具体设计.........................................................................................112.5本章小结...........................................................................................................123.系统的调试结果........................................................................................................134.结论............................................................................................................................145.参考文献.....................................................................................................................15河北农业大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品11．引言目前,市场上盲人所使用的拐杖大多结构简单而实现的功能比较普通。事实上,盲人出行时还会碰到诸多问题,比如,路况不好、坑洼不平、前方有悬挂障碍物等,普通拐杖无法准确探明;迷路时方向无法定位,亲属不容易寻找等问题。如果利用导盲犬进行导盲,则存在培训导盲犬难度大、时间长、成本高,犬的寿命有限日常消耗等问题[1]。本论文利用电子技术,结合机械结构创新,设计研发了一款集GPS自动定位与超声波测障等多功能于一体的智能拐杖。1.1设计研究的背景及意义根据世界卫生组织所示数据[1]，2010年，中国盲人824.8万，每年都以近10%左右的速率上涨，目前的盲人，估计可能超过1300万，也就是，每一百个人里面，就有一个盲人。盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。如果有一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。1.2设计研究的内容本作品采用STM32F103C8T6单片机作为控制器,利用超声测距的原理,设计了一种超声波导盲装置，该装置可以对盲人前方道路上的障碍物进行距离探测并把障碍物距离信息转换成语音提示,盲人可以根据提示音，避让障碍同时达到导盲作用。通过姿态数据解算判断盲人是否摔倒，当盲人摔倒时，通过GPS定位盲人位置，通过GSM模块将位置信息和报警消息发送给亲人和当地的救护中心，又因为盲人不辨行人与车辆在路上行走，又因夜晚能见度低，为了车辆和行人更容易避让盲人。另采用光敏电阻检测周围环境的亮度,并将该亮度转化为相反逻辑的红色警示光。用来提醒来往行人和车辆避让。另有时钟系统，可以控制并且语音播报时间，进行整点提醒。河北农业大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品21.3本章小结本章主要介绍了设计智能导盲拐杖的背景及意义。对设计研究的大致内容做了概述。河北农业大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品32．智能导盲拐杖系统设计2.1设计实现的功能超声波测距系统是利用超声波在空气中传播时遇到障碍物返回的特点来实现测量距离的目的。根据超声波从发射到接收到回波的时间以及此时的声速就可以计算出障碍物的距离。当检测到障碍物时，系统会通过语音模块发出告警信号。定位系统由GPS模块USM-3N和GSM模块组成,由GPS模块的天线获取数据，通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)[2]。并将定位数据通过GSM模块发送给家属，实时了解盲人当前的位置信息。语音播报系统是通过对接收到的超声波信号进行检测，数据经过处理后，处理完成后如为危险信号即发布声音预警。通过控制开关，可控制语音模块对实时的时间进行播报。警报系统由MPU6050、LED、