基于STM32的多功能智能導盲杖設計*

薛 毅，崔皓然，姚志強，方 嵩，張治國，熊東東，王 勝

(佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

盲人平常在行走時，通常會通過一根很常見的拐杖不斷敲擊地面來躲開前方的障礙物，但是這樣的做法往往作用范圍有限，不能及時提醒路人和來往車輛避讓。目前廣泛采用的的超聲波探測技術雖然能較好的做到這一點，但是有些低洼的地面還是探測不到。所以我們采用激光雷達來解決這個問題，它會向目標發射探測信號(激光束),然后將接收到的從目標反射回來的信號與發射信號進行比較,作適當處理后,就可獲得障礙物的有關信息，在手杖上語音播報前方的情況。

1 多功能導盲杖的總體設計

該多功能導盲杖以STM32單片機為控制系統的核心，主要由一個主控系統以及若干模塊：激光雷達模塊，溫度感知模塊，光感應模塊，語音報警模塊，接收放大模塊，按鍵控制模塊等模塊組成。如圖1所示。

圖1 導盲杖總體設計

2 硬件設計

2.1 激光雷達模塊的設計

激光雷達模塊[1](如圖2所示)依靠STM32單片機芯片的驅動。輸入信號以脈沖的方式傳到單片機當中，經過單片機數字電路的處理，輸出信號同樣以脈沖方式傳入到激光雷達當中。STM32芯片在整個設計電路中充當控制器，處理激光雷達接收的信號。在激光雷達處理接收到的信號時，我們通過電路上的設計讓脈沖時間變長[2]，以便激光雷達能得到更好的負反饋。在脈沖產生電路的設計當中，我們以縮小脈沖的寬度和上升時間為原則，使整個激光測距過程所用的時間更短。

圖2 激光雷達原理簡圖

2.2 光感應模塊的設計

光感應模塊首先檢測光感測的強度，并確定LED紅外傳感器的模塊是否處于待機狀態并鎖定。如圖3所示。

在白天或強光下，光感應模塊會根據感測值鎖定紅外線感應模塊和延遲開關模塊。在傍晚或光線昏暗時，光感應模塊根據感測值使紅外感應模塊和延遲開關模塊處于待機狀態。此時，如果人體進入引導棒的感應范圍，紅外感應模塊將打開并檢測信號。信號觸發延遲開關模塊打開LED紅外傳感器燈。

圖3 光感應電路

當盲人拄著拐杖時，他會直接向拐杖發出信號，并且燈光會在晚上自動打開。當周圍有人時，燈光的亮度會升高，使其他人注意到盲人。

2.3 語音警報裝置的設計[3]

嵌入式語音廣播系統的硬件電路主要包括三個部分，即主控制器部分，語音合成部分和音頻功率放大部分。定位機向主控制器部分發送指令，主控制器對指令進行分析并發送。通過SPI接口的文本信息，指令被發送到語音合成板，語音合成板將文本信息轉換為語音信息，并將其發送到音頻功率放大器電路[4]。在此期間，主控制器還將監視系統的運行，將當前系統返回到運行狀態，并在緊急情況下提供語音提示。

2.4 溫度感知模塊的設計[5]

NTC(Negative Temperature Coefficient)是一種隨溫度上升時，電阻值呈指數關系減小的熱敏電阻，應用廣泛。本控制電路采用了NTC來控制加熱并測溫，使用三極管作為加熱元件，通過NTC來控制通過三極管的電流，以起到控制溫度的作用，溫度控制通過調節電位器來控制，同時使用另一個NTC來測量當前的溫度。

圖4 溫度檢測模塊設計

3 軟件設計

軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、接收中斷子程序、溫度補償子程序、語音播報子程序及聲光報警子程序等組成,經由STM32單片機處理完成。圖6為導盲杖設計圖。

圖5 軟件程序設計流程圖 圖6 導盲杖設計圖

4 結束語

智能導盲杖的出現給盲人的生活帶來極大的便利，它結合多個模塊，能夠在適當的時刻給盲人提醒。在科技和交通飛速發展的今天，它能夠讓盲人可以像正常人一樣行走。未來，智能化將會成為這個時代的主題，智能化技術在未來的物聯網市場上將擁有廣闊的前景。