新型智能自动导航盲人眼镜的设计

新型智能自动导航盲人眼镜的设计

王元林， 张晋梓，阚子皓，于尊志，宋国玮

（青岛黄海学院智能制造学院，山东 青岛 266427 ）

摘要：针对现代社会高楼林立，交通发达，到处都有障碍物等问题，我们研究新型智能自动导航盲人眼镜，具有眼镜式的壳体，并装有电量检测装置，低电量时会进行语音提示，从而实现持久续航。该装置采用了超声波感应、北斗导航定位、人机交互图像识别和语音提示等模块。配备双目收集信息，眼镜双目各装置一个STM32单片机，用北斗导航高准度定位障碍物，超声波感应传输到单片机形成图像后，语音提示告知盲人障碍物的信息，从而保证盲人和弱视人群的外出安全。

关键词：自动导航；目标测距；电量检测；人机交互

引言

目前，世界上盲人这一特殊群体的数量非常庞大，据世界卫生组织2020年给出的数据，中国盲人约有824.8万，低视力人数约6727.4万，是全世界盲人最多的国家之一。随着电子产品的普及化，人们的视力受到很大影响。盲人和弱视人群外出即便使用导盲犬，导盲犬也会受到周围环境的影响，可能会发生不可预料的事故。我们采用更新型的方法来代替导盲犬，通过智能控制提高导航能力和对外界干扰能力，让我们的产品为盲人和弱视群体的生活带去一些改变，让他们能够得到更好的保护。

1功能设计

主要解决盲人和弱视人群外出遇到的电池续航差、感知能力弱等问题。为了保障他们外出安全，我们对新型智能自动导盲眼镜进行相关研究，具体研究内容如下：

1.1电量的设计

目前，盲人眼镜续航量是一个重点问题，对此采用电量检测单元显得尤为重要。电量检测单元是通过ADC0804将检测到的电压数据反馈给STM32单片机，并与正常运行时的电压数据进行比较，从而计算出当前电量的余量，用电量欠缺时则提示用户及时充电。太阳能板为眼镜提供电量，电量检测模块检测电量的剩余量。系统发送链接给接收设备的电子设备进行语音提示来引导盲人走路。

1.2语音识别的设计

为了避免语言的障碍，我们将对全国的各种方言进行收录。语音识别技术是让机器透过人机交互把信号脉冲转变为文本，进而通过理解转变为指令的技术。就是给机器赋予人的听觉特性，听懂人说什么。语音识别系统由声学识别模型和语言理解模型两部分组成，分别对应语音到音节和音节到字的计算。从而让语音识别系统识别出各地的语言，执行出使用者的命令。

1.3功能原理设计

通过在智能眼镜上设计语言识别、超声波感知系统、北斗定位、智能图像识别系统和语音提示来帮助盲人及时避开障碍物。将超声波测量得到的数据传输到单片机进行相关的算法处理，得到具体的图像信息，并得到物体的距离、速度、方位等方面信息，最后以语音的形式告知盲人，从而达到给盲人导航的效果。在眼镜框中间设置一个开关，方便盲人和弱视人群来控制装置。如图1。

图1智能导盲眼镜功能设计流程图

2硬件设计

2.1 STM32F103微处理器

STM32F103内核为ARM 32位Cortex-M3，最高工作频率为72MHz，STM3232F103单片机，具有成本低、低功耗的特点深受追求高性能电子爱好者的青睐。具有上电复位和掉电复位功能，工作电压低，并且拥有休眠，停止，待机3种低功耗模式，这些大大降低了单片机的工作能耗；STM32系列单片机资源丰富，功能强大，拥有高频率的内核，工作速度快，效率高的特点。

2.2导盲眼镜壳体设计

我们所研究的新型智能自动导航盲人眼镜具有眼镜式的壳体，壳体中有固定电池和大量微型太阳能板，并装有电量检测装置，在眼镜框中间设置一个开关，盲人和弱视人群更容易控制装置。配备双目收集信息，眼镜双目各装置一个STM32单片机，用北斗导航高准度定位障碍物和使用者的距离，超声波感应传输到单片机形成图像后，以语音提示来告知盲人有关障碍物的信息。

2.3 超声波测距模块

超声波测距模块选择 HY－SRF05，用于测量盲人与障碍物之间的距离。模块具有非距离感测功能，测距精度可达高到 3 mm。结构功能设计图如图2。

图2智能导盲眼镜结构功能设计图

3软件设计

新型智能自动导航盲人眼镜的程序设计使用C语言编程。C语言的开发使用速度快，设计自由，指令较多，代码设计方法多动多样，数据结构丰富多样。Keil5通过一个集成开发环境将C编译器、链接器、库管理和仿真调试器等这些部分组合在一起，组成一个完整的开发系统，利用Keil5便于导盲眼镜程序的设置。通过在智能眼镜上设计语言识别、超声波感知系统、北斗定位、智能图像识别系统和语音提示来帮助盲人及时避开障碍物。将超声波测量得到的数据传输到单片机进行相关的算法处理，得到具体的图像信息，并得到物体的距离、速度、方位等方面信息，最后以语音的形式告知盲人，从而达到给盲人导航的效果在眼镜框中间设置一个开关，方便盲人和弱视人群来控制装置。

4 结论

新型智能自动导航盲人眼镜结合机械、电子以及计算机技术可在全球范围内进行全天候、全方位的实时定位，对前方场景信息的采集处理，满足盲人的需求，保障了盲人的外出安全。该作品电子线路全部集成化，系统灵活性强，将机械、电子技术及计算机技术相结合，是一种效率较高、操作灵活、价格低廉的高新型智能自动导航盲人眼镜。

参考文献

[1]吴小平，李小云，黎思丹. 基于STM32的智能盲人斑马线系统设计与实现[J]，自动化与仪表， 2021，99-103.

[2]高卫. 基于嵌入式图像处理与超声辅助检测的导盲仪设计[J] ,南京信息工程大学,2020,69-72.

[3]任慧娟 金守峰 林强强，等.面向视障人群的障碍物位置与距离的视觉测量方法[J]，轻工机械，2020.

项目基金：2021年山东省大学生创新创业训练项目（S202113320010，S202113320021)；2021国家大学生创新创业训练项目（202113320005）