可穿戴式微功耗智能导盲器的研究与设计

和雷涛　薛蕊　王新田　刘树涛

摘 要：设计一款基于可穿戴技术的微功耗智能导盲器，该系统主要由微处理器、传感器模块和无线传输模块等部分组成。利用智能GPS模块、电子地图、语音播报、通讯模块等功能实现实时收发位置数据、定位导航、障碍检测和一键求救等功能;通过微处理器计算导航线路并转换为语音信息，实现盲人自主出行的目的;利用脚部的触觉来感知安装在鞋子底部不同位置马达的震动来提示使用者，实现导航;该系统可使盲人解放双手，增加出行安全性。

关键词：可穿戴;导盲器;低功耗;模块化;人工智能

1 绪论

眼睛是心里的窗户，是人类了解、感知世界的窗口。但社会上有一类特殊群体——盲人，他们需要社会给予更多的关怀和帮助，使他们能够更好的独立生活。行走对正常人来说是再普通不过的事情，但是对他们来说，如何安全行走生便成了生活中最大的问题。为了解决这个问题人们设计出多种导盲装置，如传统的盲杖、探知前方障碍物的盲人眼镜。他们都存在一定的缺点和优点。而国外研制的盲人导航系统价格昂贵不适合普通大众使用。

基于以上缺点，我们根据盲人行走过程中会遇到的各种问题进行了大量的分析和研究，就如何提高导盲装置的准确性、智能性、便携性这些问题提出构思，我们设计出了这款可穿戴式微功耗智能导盲器。

2 设计方案

通过对市面上导盲器情况的调查、研究和分析，结合实际，我们提出了以下设计方案：

（1）系统整体硬件电路、通讯模块、语言播报模块的设计。

（2）鉴于移动设备的互联系统设计。

（3）系统软件各子程序设计。

3 可穿戴式微功耗智能导盲器的结构设计

我们对于市场上的导盲器进行了解，可主要分为以下几类：手杖类、可穿戴式、移动式导盲器。通过资料的查找和市场调查，人们对可穿戴式的导盲设备更加青睐。因此我们做出如下设计：将日常所穿的鞋子作为智能导盲系统的装载设备，基于可穿戴技术并配合智能手机使用，实现导盲功能。将系统安装在鞋子的底部空间中，主要由微处理器、震动装置、传感器模块、蓝牙无线传输模块、压电式转换器和电源模块等部分组成。该系统利用蓝牙连接智能手机，利用手机中的GPS模块、电子地图、语音播报、蓝牙通讯模块等功能实时收发位置数据，通过微处理器计算导航线路，并转换为语音信息，利用蓝牙耳机播报给盲人实现自主出行的目的。鞋子前端设有超声波传感器，用来检测前进方向道路上的障碍物，并根据障碍物的远近，将位置信息通过震动装置传递给盲人，达到避障效果，也可将障碍物的距离转换为语音信号播报给盲人，配合利用脚部的触觉来感知安装在鞋子底部不同位置的震动马达的动作，以实现不同方向上障碍物的检测和出行路线的引导。

人体本身都具有取之不尽的充沛能量。呼吸、人体热能、血压、手臂和手指运动、行走时足部压力等均能产生能量，分别在几毫瓦至几十瓦不等，其中足部产生的压力能量最大，可达67W，又因人行走时足部动作比较规则，有利于能量收集。该课题研究了一种压电式转换器，将压力产生的能量转换成电能，可以成为系统中部分模块供电、提供能量的有益补充，降低整个系统的功耗。反演动作的同步及运动位置的精确控制，还需进行大量实验研究。

4 结论

我们设计的这款可穿戴式微功耗智能导盲器利用可穿戴技术彻底解放使用者的双手，超声波探头配合马达双重保证出行安全，配合智能手机使用，同时兼具通讯功能和危险时刻的求助功能，也可在手机上语言设定好出行路径，通过蓝牙耳机进行语言导航，解决了盲人自主出行的问题。

參考文献

[1]洪菲.基于RFID射频识别的室内导盲系统的研究[D].厦门：厦门大学，2009.