基于单片机的智能拐杖硬件设计.docx

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基于单片机的智能拐杖硬件设计

基于单片机的智能拐杖硬件设计

摘要

伴随着我国科学技术和制造业的快速的壮大，人们在平常的生活和工业生产活动中使用智能设备控制技术的应用也随之广泛，不但节省了人力资源，而且很大程度上提高了人们生活生产的效率，既促进了科学技术的飞速发展，又不断地丰富着人们的生活。

导盲设备的研发一直是各国科研的一个重点，不仅是因为它有重大的社会意义，还因为它对于机器人视觉等多个研究领域有着不小的研究意义，能够给人类提供道路信息的导盲设备，在自动化机器人上也能起到同样的效果。

有许多研究已经有了成功的案例。

本设计采用STC89C51单片机作为主控板，HC-SR04超声测距传感器作为探测装置，达到导盲的效果。

这款仪器结构简单，功能可靠，它可以对前方的障碍物进行探测，在达到预设范围时蜂鸣器会提醒使用者小心障碍物，从而达到智能导盲的效果。

关键词：

STC89C51单片机HC-SR04超声测距传感器智能拐杖

IntelligentcrutcheshardwaredesignbasedonSCM

Abstract

WiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyandmanufacturinginChina,peopleuseineverydaylifeandindustrialproductionautomationcontroltechnologyhasbeenwidelyapplied,notonlysavethehumanresources,andgreatlyimprovethepeople'slifetheefficiencyofproduction,notonlypromotedtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,andconstantlyenrichpeople'slife.

Theresearchanddevelopmentofguidefortheblindhasalwaysbeenafocusofscientificresearchinvariouscountries,notonlybecauseithasgreatsocialsignificance,butalsobecauseithasgreatresearchsignificanceinmanyresearchfieldssuchasrobotvision.Theguideequipmentthatcanprovideroadinformationtohumanscanalsoplaythesameroleinautomatedrobots.Therehavebeenmanysuccessfulstudies.

ThisdesignUSESstc89c51microcontrollerasthemaincontrolboard,hc-sr04ultrasonicrangingsensorasthedetectiondevice,toachievetheeffectofguidefortheblind.Thisinstrumentissimpleinstructureandreliableinfunction.Itcandetectobstaclesinfrontofit.Whenreachingthepresetrange,thebuzzerwillremindtheusertobecarefulofobstacles,thusachievingtheeffectofintelligentguidefortheblind.

Keywords：

STC89C51SCMHC-SR04ultrasonicrangingsensor

1前言

1.1研究背景与意义

我们的国家每年会出现大约有四十五万的新的盲障人士，还有一百三十五万的弱视群体，即约每六十秒就会出现一位盲障人士，或者三个弱视群体。

如果我们不采用积极并且有力的举措，一直到二零二零年我国的盲障人数将提升到二零一三年的四倍，即将达到五千余万人次。

如今已经是二零二零年，尽管还没有国家机关给出确切的统计数据，但是我们有理由相信，时至今日，我国的盲障人士总数已经超过了一千万，也就是说，几乎在每一百个人里，就有一人是视障人士。

考虑到一些生活在偏远地区、无法详细统计的视障人士，以及一些因为年老而视力自然衰退，不打算办理残疾人证的老年视障人士，这个数字只会比预期的还要大。

伴随着我国人口老龄化问题的日益严重，白内障患者的数量也在逐年累增，而白内障、角膜疾病这些眼科疾病正是致盲的一大原因。

目前中国每年新增的眼病患者200多万例，这200多万名患者中虽然不全是、但绝不乏因疾病致盲而无法恢复的例子。

与这庞大的眼病患者人数相比，每年的角膜却仅有6000例。

我国法律规定，由于捐献眼角膜会导致捐献者失明，所以活在人世间的人不能捐献眼角膜，要捐献眼球或眼角膜只能需要去相关机构登记,但应该做所有手续在生前,想去自愿捐赠的爱心人士可以到省眼库的地方（例如北京的同仁眼库）要求登记,显然需要你填写表单上的“自发”还有家庭成员的同意。

换句话说，对于捐献者自己来说，离开人世后自愿献出的角膜不会对自己造成太大的损害，但“身体发肤受之父母”的传统观念下，每年医院所得到的自愿捐献的眼角膜却寥寥无几，在巨大的供求空缺下，地下器官贩卖、有偿捐献器官等灰色行业的不断滋生，人民群众耳边有关器官买卖的负面新闻一直不绝于耳。

盲障人士的日常出行离不开盲道，而在我国盲道的规划和设计还存在很多不合理的地方，各种残破损坏、规划失格、甚至在某处戛然而止的盲道给盲障人士带来了诸多的出行不便，更严重的是市民对于盲道的不重视，各种乱停乱放现象的一个存在，各种机动车、非机动车对于盲道的占用，斜拉过盲道上空的钢丝、电线，这使得本来应该畅通无阻的绿色通道变得障碍重重，甚至危及人命。

早在15年年中就有过关于北京盲道各种乱现象的报道，首府尚且如此，对于其它地方的盲道，似乎也不能给予太多的期待。

与盲道一样，盲杖也是盲障人士生活中必不可少的一部分，盲杖就是忙人的眼睛。

但是很多情况下，盲杖只能对靠近地面的、较为低矮的障碍物进行探索，对于半空中的、甚至是跟头顶齐平的障碍物无能为力。

本设计的目的并不在于完全代替盲杖，而是起到辅助、加强盲杖的作用。

可以佩戴在胸前，甚至可以升级之后，变成依靠蓝牙设备进行工作的眼镜型穿戴设备，意在当盲杖未能及时探测到障碍物的时候对使用者进行报警提醒，从而达到辅助导盲的效果。

导盲设备的研发一直是各国科研的一个重点，不仅是因为它有重大的社会意义，还因为它对于机器人视觉等多个研究领域有着不小的研究意义，能够给人类提供道路信息的导盲设备，在自动化机器人上也能起到同样的效果。

很多很多的研究已经有了相对成功的案例。

1.2在国内外的发展概况及分析

随着商品的发展和更新，我们想更加积极地帮助残障人士攻克走路及与人交流的问题，我们国内的许多科学家们在智能拐杖中加入了各种各样的人性化的功能。

1.2.1导盲杖

来自新加坡国立大学的研究人员把许多技术的理念都融入了智能拐杖里,以便视力受损的人可以很容易地知道别人的位置,并掌握行走路径和内置的设备定位系统等智能拐杖和智能拐杖传感器,使其容易的交朋友并和同学们会面。

该电子制导装置的主要内容由无线蓝牙耳机和导引杆构成，残疾人通过无线蓝牙耳机可以获得的信息（如道路障碍物旁边、家人的位置等）首次通过无线蓝牙耳机信息相互连接，以帮助用户调整方向;导杆不仅可检测道路上的障碍物，还可与GPS系统连接，通过调整车轮的方向，自动引导使用者向正确的方向行驶。

手杖和耳机都是可回收和可充电的，而且智能拐杖可以回收起来方便储存。

1.2.2导盲眼镜

在这个新时期，我们已经被智能产品的发展带入了H+时代。

我们越来越多地与智能设备打交道，我们有时在玄幻小说中看到的人与智能机械的联合很也许在未来50年内发生。

其实这不是我们的本意，而是随着社会的发展,智能产品可以帮助我们解决实际问题。

例如，对于盲障人士，我们可以使用电子眼植入物来恢复它们的视力（电子眼技术还没有像科幻电影那样）。

对于视力残疾的人士，我们可以使用外部电子设备来重启它们丢失的能力。

这是一个奇妙的装置。

准确地说，它是一个能让人类提升生活水平的装备，是我们视力受损的用户的超强眼睛。

TheiaVision这虽然看起来是一个非常普通的名字，而Theia则是古代的希腊泰坦的名字，太阳神Vision之母，人们都把它叫做“泰坦之眼”。

Vision系统由一个摄像头和一个可安装在眼镜腿上的移动应用组成，我们可以将实时MP4视频转换成MP3反馈，让残障人士听到想要的音频。

它共有这以下五个非常强大的技能：

障碍物检测：

通过语音告诉使用者前方可能有阻挡的障碍物；导航:

颜色检测提醒并帮助佩戴者识别导航的指令,交通信号灯还有道路标志;识别的商品和金钱:

极大地帮助使用者处理各种事务问题;从文本到语音:

识别镜子里的文本，并将其转换为可以给残障人士阅读的文字。

1.2.3触觉鞋与智能手机

一位策划师利用我们的导航技术为视力受损的人设计了一款有触觉震动的鞋子。

当视觉受损的人穿着这种触觉振动鞋时，它们在接触变化的地形、导航路线规划和振动器产生的高频震荡时，通过鞋子的底部的震荡来了解路况。

如果残障人士穿上鞋时,通过智能手机的谷歌地图,可以自动检测位置和地理的讯息。

传播的触觉鞋内的一个嵌入式模块,谷歌地图模块会与嵌入式模块同步到手机里,就像我们把GPS导航系统装进了鞋子里。

因为一共有4个震荡器安装在鞋里,当手机连接到嵌入式模块的触觉的鞋子,也会触发震荡器，它们为残疾人提供高频振动信息和声音广播的方向运动都依据的是GPS导航。

就比如，如果一位残障人士需要移动，它的鞋里的的震荡器也随之会产生振动。

例如如果谷歌地图的导航需要右转，那么震动的就是右边的振动器，提醒残障人士右转。

嵌入式系统在残疾人的鞋子可以立即感觉距离约三米之前和之后的残疾人,和地理位置的振动器在三米可以通知鞋通过智能手机的内置的导航模块,确保盲人行走期间脱离伤害的安全隐患。

1.2.4现状分析

在问题方面，我认为大多数盲人的问题都是失去视觉，其它身体机能和正常人没有区别。

随着加速更新与发展的电子科技，越来越多的高新产业技术在艺术方面的成就大放异彩，并且对于也越来越明显的偏向于残障人士。

残障人士即使丢失了看的能力，但是它们会慢慢变得比正常人灵敏在闻的方面及听的方面，这也是为盲人设计产品的最大切入点。

而对于残障人士来说，智能导盲手杖的意义则更为重大。

通过这些类似导盲手杖的设备，残障人士能听到其它人想表达的意思、聋哑人能够做到能表达出自己的想法、瘫度的人群可以尽量做到能够直立行走，它们有期望能够和我们过上和其它人一样的生活。

并且科技本身的含义其实是为了让人们的生活变得更好，让生命变得更加美丽和有奔头。

我们的智能技术在高速的发展，对应的残疾人也尽量要去接受到这份喜悦。

在国外一些有相关经验的公司纷纷也开始了研究相关的智能设备，使得我们的残疾人士能够摆脱残缺带来的不便。

（1）超声波传感器：

指的是使用超声波的一些特征研究的一款传感器。

它的主要的技术特点是：

短波长，高表面积，小的衍射现象，非常好的方位性，并且可以执行诸如光束定向传播的特性。

由于超声波的波长很短，对于它的波长而言，一般的障碍物以及物体缝隙的尺寸是一个非常大的数字，故而在正常情况下，超声波在这些“尺寸庞大”的障碍物中不会发生很明显的衍射