智能導盲杖檢視原始碼討論檢視歷史

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智能導盲杖世界上有很多的視覺障礙患者，他們很多只能利用感覺來感知世界，這給他們的生活帶來了極大的不便。在智能化的大背景下，本項目旨在開發一款性價比高的智能導盲杖，幫助視覺障礙患者在路況越來越複雜的城市中更加便利的生活。

本項目基於Arduino、超聲波傳感器、傾斜傳感器、水位傳感器等智能硬件，設計出了一款可以智能識別障礙物、水坑以及下台階的智能導盲杖。利用藍牙模塊將導盲杖與盲人的手機進行相連，使盲人通過手機控制識別障礙物和水坑功能是否開啟。同時設計出一種可以進行下台階識別的算法，利用傾斜傳感器和超聲波傳感器可以實現下台階的識別功能。

另外考慮盲人在黑暗環境下容易不被看到而發生意外的情況，將在導盲杖的外部增加反光塗料，保證盲人在黑暗情況下的基本安全。

關鍵詞：Arduino；超聲波傳感器；傾斜傳感器；智能導盲杖

創新點

硬件創新

（1） 在使用原有傳感器的基礎上，考慮到過多的按鈕會使整個導盲杖變得複雜，於是使用藍牙模塊將導盲杖的障礙物識別功能和水坑識別功能與手機連接起來，在手機上輸入特定的指令後，就可以控制此功能是否開啟。

（2） 在進行下台階功能實現時，選擇了可以測量航向角，俯仰角以及橫滾角的傾斜傳感器，搭配兩個分別位於導盲杖底端和頂端的超聲波傳感器實現下台階的檢測。

算法創新

（1） 在進行下台階識別功能實現時，使用到傾斜傳感器，將傾斜傳感器測到的角度值轉化為導盲杖與地面夾角的正弦值，從而得到導盲杖的豎直高度，再與導盲杖底端和頂端的超聲波傳感器測量距離的差值進行比較，導盲杖的豎直高度與該差值大約相等時，說明在平地上行走，差值較大則為下台階狀態。

（2） 由於超聲波傳感器測量距離存在誤差，考慮使用激光傳感器與超聲波傳感器共同進行距離的測量，使產品變得更加靈敏和準確。

功能創新

（1）增加下台階識別功能，是盲人可以提前識別出前方的下台階，防止盲人在無法得知前方下台階的情況下受到傷害。

（2）增節了水坑識別功能，可以幫助盲人探測前方的水坑，探測到水坑時，蜂鳴器發出警報，防止盲人在不知情的情況下滑倒、摔傷。

（3）增加了藍牙控制功能，盲人在手機上就可以對導盲杖的功能進行控制。

設計方案

技術架構

本系統的技術架構大致如圖

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模塊組成

識別障礙物和水坑功能

藍牙模塊：HC-05主從一體藍牙模塊*1

超聲波模塊；HC-SR04*1

蜂鳴器*2

水位傳感器*1

下台階識別功能

硬件組成：

超聲波傳感器*2

傾斜傳感器*1

蜂鳴器*1

杜邦線若干

Arduino UNO板*1

連接方式

分別將兩個超聲波傳感器放置於導盲杖的底部和頂部，底部的為超聲波傳感器1，底部的為超聲波傳感器2，將1的TrgPin和ECOPin引腳分別與模擬引腳A0，A1相連，將2的TrgPin和ECOPin引腳分別與模擬引腳A2，A3相連。

將傾斜模塊的VCC引腳與UNO板上的VCC相連，GND與UNO板上的GND相連，將RX與UNO板上的TX相連，TX與UNO板上的RX相連。

將蜂鳴器的一端與數字引腳8相連，另一端接地。

實現步驟

識別障礙物和水坑功能

（1）障礙物識別：通過超聲波傳感器識別前方障礙物，代碼編寫，電路搭建，選取合適的探測範圍和控制蜂鳴器的條件。

（2）水坑識別：通過水位傳感器識別水坑，代碼編寫，電路搭建，選取合適的探測範圍和控制蜂鳴器的條件。

（3）藍牙控制：首先連接將藍牙與手機成功連接，然後實現控制燈的開關。

（4）整合：將幾個部分的代碼合併修改調試，最終實現藍牙控制超聲波傳感器和水位傳感器的功能。

下台階識別功能

程序設計

分別編寫超聲波傳感器和傾斜模塊的代碼，來得到超聲波1、2距地的高度和傾斜傳感器測得的橫滾角，將兩距離的高度差計算得到並賦給dh,將橫滾角的正弦值計算出來賦給angle，通過上面的數學推導進行判斷是否為下台階狀態，如是，蜂鳴器報警，否之，不報警。

模擬演示：

首先將代碼上傳到arduino板上，現將導盲杖放在平地上，觀察串口監視器輸出的超聲波1、2的距地高度是否正常，橫滾角是否正常，之後將導盲杖的底端至於台階上，模擬人在下台階時的情況，觀察串口監視器輸出的超聲

波1、2的距地高度是否正常，橫滾角是否正常，同時觀察蜂鳴器是否開始報警。

（5）校正：

通過觀察實驗的模擬過程和最終效果，對代碼和硬件電路模塊進行調試，通過調試得到最為合適的誤差範圍值，使得下台階識別功能可以正常工作。

交互設計

（1）通過藍牙模塊，輸入指令，盲人在手機上可以控制導盲杖的各個功能是否開啟。

（2）識別障礙物功能開啟，盲人在道路上行走時，當檢測到前方的障礙物時，蜂鳴器會發出警報提醒盲人。功能關閉後，不再識別前方障礙物，放置在人流密集的場合不斷發出警報的情況。

（3）識別水坑功能開啟，盲人在路上行走時，當位於導盲杖底部的水位傳感器監測到水位變化時，蜂鳴器發出警報聲提醒盲人。功能關閉後，不再提示，防止雨天不斷發出警報的情況。

（4）下台階識別功能開啟，盲人在路上行走時，當檢測到前方有下台階時，蜂鳴器發出警報提醒盲人前方有下台階。功能關閉，不在識別前方的下台階。

外觀設計

（1）採用PVC材質，更加耐磨，輕便，防水防潮，成本較低。

（2）外部塗抹反光材料，使盲人在黑暗的環境下更易被看到，防止盲人在黑暗條件下被撞到。

（3）導盲杖總體長度約為1.2m，適合大部分人的身高，提高用戶使用的舒適度。

（4）將兩個超聲波傳感器放在導盲杖的下側，用於識別下台階。

（5）將水位傳感器放在導盲杖底部用於檢測水坑。

（6）將激光測距傳感器放在導盲杖前方用於識別障礙物。

應用前景

隨着世界城市化的快速發展，城市的道路錯綜複雜，路況越來越複雜，普通的導盲杖已經無法滿足盲人的出行需求。傳統的手杖引導通過敲擊地面告知盲人前方是否為可行路線,這種方式無法告知盲人周圍障礙物的空間分布和距離；盲道引導存在一定的局限性，可能被占用或損壞;而導盲犬的培訓周期長，成本很高。因此我們一款可以幫助盲人智能識別路況的智能導盲杖的需求自然而生。