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DOI:10.19551/ki.issn1672-9129.2021.10.028浅析一种基于STM32智能导盲拐杖钟㊀典(西华师范大学㊀四川㊀南充㊀637009)本文系西华师范大学2020年省级创新创业训练计划项目 Blind's Dawn盲人智能指引手杖 的阶段性成果㊂项目编号:S202010638095摘要:针对当前市场存在的结构简单㊁智能化程度低导盲拐杖市场㊂本文以STM32为主控芯片,设计了一种新型智能盲板,解决了盲人出行不便的许多问题㊂智能导盲拐杖能够实时获取盲人行走时的定位信息,利用超声波系统检测盲人周围的障碍物信息㊂当盲人行走时,可以通过声光报警提醒路人㊂盲人的位置信息可以通过GPS调用百度地图获取,位置信息和障碍物信息可以通过语音模块播放㊂通过实际应用,可以给盲人带来更好的方便,使用简单,成本低廉㊂关键词:STM32微处理器;GPS定位;智能拐杖;安全方便中图分类号:TH789㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-9129(2021)10-0029-01㊀㊀1㊀智能导盲拐杖的总体设计基于STM32处理器的盲人导盲拐杖是专为盲人设计的,旨在为盲人出行提供方便,为盲人创造一个更安全的出行环境㊂它是通过应用STM32控制㊁超声波测距㊁测角㊁GPS 定位等技术实现的㊂STM32控制主控制电路,超声波模块可在盲人行走时随时检测前方是否有障碍物,并通过声音提示提醒盲人㊂当盲人摔倒时,报警模块会迅速鸣响提醒监护人㊂GPS定位为监护人寻找盲人提供了良好的条件,也为盲人提供了很多便利㊂2㊀系统硬件设计智能手杖主要由手杖结构和硬件电路组成㊂导盲手杖具有中空㊁重量轻㊁简单方便等优点,硬件电路包括主控制电路和各功能模块㊂2.1STM32主控模块㊂系统采用STM32作为主控制电路㊂STM32的主控模块不仅实现了系统的控制功能,还具有存储盲人行走轨迹的功能㊂STM32控制器具有频率高㊁处理能力强㊁能耗低㊁成本低等特点㊂它是一种高性价比的嵌入式处理器㊂该系统采用单片机作为主控芯片,实现了动态功耗与处理性能的最佳平衡,并存储了盲人行走的跟踪数据㊂2.2避障模块㊂避障模块由一个超声波距离传感器和三个红外避障传感器组成㊂超声波测距传感器安装在拐杖顶部,用于探测前方的障碍物㊂安装在拐杖底部的三个红外避障传感器,用于探测用脚向前行走范围内的障碍物,以避免碰撞㊂超声避障具有测量方法简单㊁实施方便㊁成本低㊁覆盖范围广等优点㊂超声避障模块的原理与雷达测量非常相似,STM32主控电路发送40KHz脉冲信号㊂信号由超声波发射器发射,经超声换能器处理后转换为超声波信号㊂超声波在空气中传播㊂当前方检测到障碍物时,超声波测量的距离被发送到语音模块,提醒盲人成功避开障碍物㊂2.3GPS定位模块㊂GPS技术从根本上解决了定位问题㊂卫星不断地发送它的参数和时间信息㊂在接收到信息之后,用户计算接收机的三维位置㊁方向㊁速度和时间信息㊂在GPS模块的设计中,考虑到定位精度,加装传感器模块㊂具有覆盖范围广㊁设计紧凑㊁安装方便等优点㊂该模块由主机㊁接收机和电源组成㊂电源模块主要与STM32主处理器相连,通过STM32主处理器可以正常使用GPS模块㊂接收机主要接收经纬度信息,并将数据发送给上位机㊂导盲拐杖的准确位置由接收到的经纬度信息决定㊂2.4角度测量防摔模块㊂测角防摔模块,内置惯性测量单元,包括三轴陀螺仪和三轴加速度计,测角用角度传感器㊂它具有输出精度高㊁功耗低㊁可靠性高㊁输出角度值更准确等优点,大大简化了传感器的结构㊂盲人走路时,地面不平,导致他倾斜或摔倒㊂通过监测与水平面的夹角,来判断盲人是否摔倒㊂当倾斜极限接近极限状态时,GPS定位系统工作,并通过GSM模块将位置信息发送到监护人的手机上㊂2.5语音提示模块㊂考虑到产品的对象是盲人,本设计增加了语音提示模块和语音时间广播功能,主要用于盲人的语音提醒㊂语音模块和超声波测距模块相结合,随时提醒盲人前方障碍物㊂因为盲人时间观念较差,所以它被设计成有一个固定的广播时间㊂STM32主控制器的串行接口与语音芯片进行通信,并向其发送控制命令㊂语音芯片对接收到的控制命令进行合成并输出语音芯片信号㊂2.6GSM模块和紧急按钮㊂该系统模块可以很容易地控制命令进行调整㊂具有体积小㊁功能强大等优点㊂绑定在上面的手机号码和监护人的手机不仅可以发短信,还可以打电话,这样监护人就可以得到盲人的地理位置信息㊂当盲人遇到紧急情况,按下紧急按钮,向监护人的手机发送短信㊂根据预设信息,监护人可以前往盲人所在地进行救援㊂2.7电源模块㊂电源模块主要为整个工作系统提供电源,使其正常工作㊂在电源模块的设计中,由于GPS的高功耗,不仅要考虑节能,还要考虑功耗,因此采用可充电锂电池作为电源㊂3㊀系统软件功能设计系统初始化主要完成STM32端口㊁语音模块㊁GPS定位模块㊁CSM模块的初始化,使其处于待机状态㊂首先,语音提示分别设置为2m㊁1m和0.5m㊂红外模块主要检测提升过程中脚部前方的障碍物,防止盲人绊倒㊂GPS定位子程序可以随时定位盲人的位置信息,并将其存储在SD卡上进行返回导航㊂返回导航子程序根据盲人记录的行走路径和当前行走轨迹决定是否返回到原来的路径㊂当盲人在紧急情况下需要向监护人求助时,按下紧急按钮,紧急求助子程序会根据预设信息向监护人手机发送短信㊂盲人位置查询子程序接收到监护人发送给拐杖的信息后,将当前的位置信息以短信的形式发送到监护人的手机上㊂4㊀结束语本设计是一个基于STM32单片机的智能导盲拐杖系统㊂系统具有实时环境检测和语音提示功能㊂经实践应用表明,该设计操作简单,性能稳定,能够保证盲人的出行安全㊂随着研究的不断深入,智能导盲手杖可以嵌入更多的健康指标监测功能,如体温㊁运动量㊁血压等,具有较高的市场应用价值㊂参考文献:[1]姜瑾.具有定位导航和障碍规避功能的电子盲杖的设计[D].南京:北方工业大学,2016.[2]沈燕,高晓蓉,孙增友,等.基于单片机的超声波测距仪设计[J].现代电子技术,2018,35(7):126-129. [3]廖庆洪,胡婉如,曾维鋆,等.基于GPS技术与智能避障的导盲拐杖研究[J].电子技术,2017,45(11). [4]张志永,张庆辉.基于STM32的多功能智能导盲系统设计研究[J].数字技术与应用,2018(10):157-158.㊃92㊃。
智能导盲拐杖设计
导盲拐杖是为视力受损的人士设计的辅助工具，用于帮助他们行走和寻找方向。
随着科技的不断进步，智能导盲拐杖的设计开始受到关注，这种拐杖通过集成各种传感器和智能算法，可以提供更高效的导航和避障功能。
首先，智能导盲拐杖应该具备高精度的定位功能。
可以通过GPS和惯性传感器来确定使用者的准确位置，并将其显示在拐杖上的屏幕上。
这样使用者可以通过触摸屏幕来了解自己当前的位置和周围的环境。
其次，智能导盲拐杖应该具备避障功能。
通过激光测距、红外传感器等技术，可以检测到前方的障碍物，并通过声音或震动等方式提醒使用者进行避让。
在遇到复杂的道路情况时，拐杖还可以提供语音导航，告知使用者应该如何通过障碍物。
在设计上，智能导盲拐杖应该注重舒适性和易用性。
拐杖的手柄应该符合人体工程学原理，提供舒适的握持体验。
拐杖应该具有轻量化和可折叠的设计，方便携带和储存。
同时，拐杖上的按钮和屏幕应该简单明了，易于使用。
最后，加强智能导盲拐杖的安全性也是十分重要的。
拐杖上应该设有紧急按钮，使用者在遇到危险情况时可以迅速呼叫帮助。
拐杖的电池寿命也应该得到考虑，确保长时间使用时不会突然断电。
总之，智能导盲拐杖的设计应该将高精度定位、避障、导航和连接性等功能相结合，以提供更好的辅助导航和行走体验。
通过科技的力量，智能导盲拐杖可以为视力受损人士带来更多的独立性和便利性。
未来，随着技术的进一步发展，相信智能导盲拐杖的设计会变得愈发智能和人性化。
第33卷第!期 锻压装备与制造技术Vol. 33 No. 6CHINA METALFORMING EQUIPMENT & MANUFACTURING TECHNOLOGYDec. 2020一种基于北斗系统的智能手杖设计张晨亮，潘俊兵（陕西国防工业职业技术学院智能制造学院，陕西 西安710300）摘要:针对中国老龄化加剧所引发的老人走失及当前智能拐杖发展中存在的问题,设计了一种由照明灯、反光模块和定位装置等 构成的螺纹调节式智能助老拐杖。
利用老年人的身高、体重等参数对该手杖进行了机械设计。
同时设计了基于北斗导航的智能定 位及通信系统，实时记录老年人的出行状态及位置，可满足老人的日常出行需求。
关键词:助老机械;GSM 通信;辅助行走中图分类号:TH122文献标识码:AD01：10.16316/j.issn.1672-0121.2020.06.033 文章编号：1672-0121（2020）06-0145-03目前，我国人口呈老龄化发展趋势曰,随着老龄 化率的逐年升高，老年人走失、迷路事件发生率攀升，严重影响了老年人的正常出行⑷，亟需设计一种 防老人迷路、走失的设备，以辅助老年人正常出行。
由于老年人常使用拐杖辅助出行，因此在不增加老人负担的同时，合计一种智能拐杖，对防止老人迷收稿日期:2020-07-24 ；修订日期:2020-08-28基金项目：陕西国防工业职业技术学院2019年度科研计划项目（Gfyl9-43）作者简介：张晨亮（1982-）,男，讲师，主要研究方向为机械设计与数控加工技术。
E-mail : ****************通讯作者：潘俊兵，男，硕士研究生，主要研究方向为机械设计与应用。
E-mail : **************路、走失具有重要意义。
现有拐杖主要有传统的一体式拐杖、拐杖倚和智能拐杖。
一体式拐杖结构稳定,可靠 ，拐杖 以 不同使用 拐杖倚主要由拐杖和座椅两部分组成，对使用 的，便于老人 坐 。
多功能北斗智能手杖的研究与设计赵志杰;何赫;王延文;王尔申;曲沛琳;冯立男;曲萍萍;刘宏轩【摘要】为解决当前老人监管系统的诸多问题,研究设计了多功能北斗智能手杖.利用生理传感器对老人的生理特征进行实时监测;利用陀螺仪对老人当前的移动状态进行监测;利用BDS/GPS双模定位模块获取老人的实时准确位置和时间信息;利用GSM无线通信模块将获取到的监测信息发送给通过Android设计的手机App端.测试结果表明:研究的该系统可以在App终端实时获取老人的动态相关信息.相比于现有的智能化手杖,在跌倒识别、生理监测以及手机软件开发方面具有其一定的优势.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】5页(P1622-1626)【关键词】智能手杖;北斗卫星导航系统;健康信息监测;无线通信模块【作者】赵志杰;何赫;王延文;王尔申;曲沛琳;冯立男;曲萍萍;刘宏轩【作者单位】沈阳航空航天大学航空宇航学部,沈阳110136;沈阳航空航天大学图书馆,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学创新学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学创新学院,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TP368.1;TN967.1随着中国老龄化的加剧,老人的安全监管问题已成为社会关注的焦点问题之一。
据统计,截至2015年6月,我国65岁以上老年人数量已接近2个亿,占总人口的14.9%[1],这一比例明显高于联合国传统老龄化社会标准。
老年人自我照顾能力较弱、对风险识别能力差、反应相对迟钝,容易发生摔伤等意外伤害。
相关数据显示跌到致死超过所有老年人意外伤害死亡总人数60%,对老年人的健康安全状况进行动态监管的必要性不言而喻。
一种多功能智能盲人用拐杖的设计
智能盲人用拐杖应该具备定位导航功能。
利用GPS和导航技术，智能盲人用拐杖能够帮助盲人朋友们更容易地找到目的地，并且提供实时的路况信息和路线指引。
它还可以提供周围环境的信息，如周边建筑、道路状况等，让盲人朋友们可以更加安全地行走在城市中。
智能盲人用拐杖还应该具备避障功能。
利用红外传感器和摄像头等技术，智能盲人用拐杖能够帮助盲人朋友们避免碰撞障碍物，提高行走的安全性。
当遇到障碍物时，智能盲人用拐杖还可以通过声音或震动提醒盲人朋友们，让他们及时采取避让措施。
智能盲人用拐杖还可以集成语音识别和语音交互功能，帮助盲人朋友们更方便地操作和使用。
通过语音指令，盲人朋友们可以便捷地获得一些日常信息，如天气预报、时间、新闻等，也可以利用语音识别来发送短信、拨打电话等，提高生活和工作的便利性。
智能盲人用拐杖还可以结合智能手机应用，让盲人朋友们可以通过手机App远程控制拐杖，实现更多功能。
比如通过App来设定目的地、查看行走历史、调整拐杖的一些设置等等。
基于 STM32 单片机的多功能智能盲人拐杖设计摘要：针对盲人出行安全问题，设计一款解决盲人出行困难的智能拐杖。
本设计以 STM32 单片机为控制核心，结合当前先进且较为成熟的信号处理算法、传感器技术、无线通信技术，通过超声波模块进行广角测障利用语音播报模块报警，引导盲人及时规避障碍物。
同时采用 MPU6050 水平检测模块监测拐杖与地面的倾角，在出现突发情况时，不仅可以通过语音模块识别求救，还可以用短信的方式将GPS的实时定位位置发送给监护人。
此外，采用OPENMV 4进行机器视觉图像分析，使拐杖能对外界变动的信息做出应答，为盲人通过路况复杂的红绿灯路口提供保障。
现测试结果表明，整个系统性能稳定，灵敏度较高，操作方便，且功能易于扩展，能满足盲人出行的多方面需求。
关键词：盲人拐杖；红绿灯识别；超声波测距；跌倒报警项目名称：“无忧出行”智能盲人手杖装置设计，项目编号：202010214020，国家级大学生创新训练项目1概述针对盲人出行安全问题，现有的辅助盲人出行工具性能单一且无法普及，设计智能盲人手杖可以帮助更多盲人实现安全出行。
随着信息化社会的飞速发展，在基本满足了大众的物质需求后，人们也更加关注社会残障群体。
相比于正常人，残障人士的生活有诸多的不便，更需要社会对他们的理解与关注。
针对盲人出行安全问题，现有的辅助盲人出行工具性能单一且无法普及，设计了一款基于STM32单片机控制的集超声波测障、语音播报、红绿灯识别、短信报警、GPS定位等功能于一体的智能拐杖系统, 能够实时监测周边情况, 保护老人安全出行。
2系统总体设计单片机实时监控测距模块传送来的信号，对信号处理后，进行避障决策判断。
当检测到障碍物时，手杖自动报警（语音和机械振动双重模式）提示盲人避障。
同时，用图像分析技术识别并筛选外界信息，构造合理的内部控制逻辑，组建红绿灯决策功能，另外，还有一键求助和黑夜防撞等特色功能，进一步提高盲人出行安全系数。
机械创新设计多功能拐杖学生姓名：学号：专业班级：2014年 12 月 7 日多功能拐杖摘要：鉴于我国人口渐趋老龄化，老年人口的健康和生活质量，已经成为社会各界的广泛关注焦点，作为老年人口广泛使用的一种工具，拐杖的设计衍生出许多新的研究课题。
本文将从拐杖的发展现状、新型多功能拐杖的设计及原理、产品的发展前景等方面介绍此款智能拐杖。
关键词：拐杖、多功能、老年人、智能一、产品背景及发展现状根据美国普查的研究，世界性的人口老龄化是“历史上未曾出现的社会现象”。
从根本上讲，这种人口转变是医疗进步、教育水平明显提高和经济发展的直接成就，因此，人们可以把这一现象当作历史进步来庆祝。
但与此同时，老年人的健康保障以及生活起居问题也随之而来，老年人口的增多势必引发社会对老年人健康、安全的高度重视。
人进入衰老阶段后，器官生理功能逐渐减退，机体代谢变得缓慢，免疫机能下降，应急能力日渐减弱，极易发生摔跤的事故，轻者疼痛不已，重则骨折，甚至有时会有丧命的危险。
因此拐杖应运而生，拐棍能帮助老人站立，拐棍能作为助步器帮助老人行走，拐棍还能作为有视力障碍的老人的眼睛为他们的日常生活保驾护航。
作为老年人广泛使用的一种工具，拐杖的设计由此衍生出许多新的研究课题。
老年人需要锻炼与出行。
但是由于疾病的侵扰，体能的下降，“行路难”问题不可避免地成为困扰着老人们的一个难题。
调查显示，80%的老人不愿意在没有人搀扶的情况下独自出门。
我们从这种问题上展开思考，设计了一款智能手杖，保障老年人出行的安全和锻炼的需要。
现在市场上的手杖品牌混杂，质量参差不齐，功能单一，只能单单起到支撑作用，并不能充分满足老年人生理要求。
有不少老年人的手杖是不理想的，一根合适的手杖对老年人的安全十分重要。
根据老年人的需求和消费特点，我们可以设计一款集多种功能于一体的手杖，来满足老年人的出行需求，锻炼需求，安全需求，使他们的生活更加便利，更加舒适。
二、设计方案市面上拐杖的缺点：单一的高度，没有升降功能；定位麻烦；携带不便；材料偏重。
以智能盲杖为主体的盲人避障导航系统设计摘要：我国盲人及视觉障碍人口众多，城市交通路况复杂，对盲人出行带来了巨大的困难。
现以整个城市背景为前提，研究开发了一种新的盲人出行系统。
系统采用RFID射频识别技术进行导航，智能盲杖可以将分布于城市盲道下的电子标签中所录入的地理位置信息转化为语音信息，通过耳机反馈给盲人，实现导航功能。
盲杖利用超声波测距技术来感知盲杖前方、及前方高处的障碍物信息，并将信息以声音或者震动的形式，反馈给用户。
同时还具备定位、语音报时、阴暗处自动亮灯示警等功能。
关键词：城市无障碍；障碍物检测；RFID；盲杖1 引言根据世界卫生组织给的数据，2010年中国盲人数量824.8万，低视力人群6727.4万，视力残疾者的数量是两者的总和――7551.2万。
我国盲人数量众多，城市路况也比较复杂。
盲人的出行方式通常有盲杖出行，亲友陪同出行，导盲犬导向出行和公交出行等几种方式，其中以使用盲杖出行最为普遍，盲人出行的问题是一个不可忽视的社会问题。
以最普遍的盲人使用盲杖单独出行为例，盲人出行时使用的普通盲杖多为铝合金质地，盲人使用它的杖尖在地面上不断敲击，左右摆动探索，可盲人发现地面0.5米范围以内的障碍物，杖体贴有反光膜，夜间可警示车辆避让。
普通盲杖轻盈、便携、耐用、价格低廉，是视障患者出行的帮手。
但是普通盲杖具有的缺点是：对于稍远距离的障碍物及高空障碍物无法判断位置，不能及时做出反应。
本文通过介绍射频识别技术系统在当今社会中的应用，以及对当前我国的盲人道路指示系统的分析，结合当前社会盲人出行用具的分析，以及射频识别技术的优点，提出基于射频识别技术的盲人避障导航系统设计。
2 传统盲人出行系统分析城市中的视觉障碍人群的无障碍出行环境建设，在道路交通方面，主要涉及到城市广场、非机动车道、过街天桥及过街地道、过街音响信号及公交站台等。
在建筑物场所方面，主要涉及到办公及科研建筑、文化和商业建筑、观演及交通建筑、医疗及学校建筑、公寓及饭店建筑、居住和园林建筑等。
智能拐杖使用手册一、快速入门1、设备部位图二、拐杖使用方法1、紧急呼救操作方法：拐杖系统开启的前提下，长按“SOS按键”4秒，直到拐杖开始拨打SOS号码，才表示紧急求救功能开始工作。
如果需要停止拨号，短按“电源键”。
功能原理：1)紧急呼救开启后，拐杖会自动循环拨打APP上已设置的SOS号码两次，如果无人接听，则拐杖会自动发出报警声并LED照明灯闪烁，以便引起路人注意。
2)为了提高救援的可能性，如果接通后通话时长不超过6秒，则视为无效通话，拐杖自动拨打下一个SOS号码，依次循环拨打两次。
3)如果关爱者没有及时接听求救电话，看到未接电话后，可以直接回拨或者立即定位使用者所在的位置，了解最新状况。
2、接听来电操作方法：当拐杖接收来电时，会语音播报来电的号码，只要按一下“SOS按键”即可进行通话。
如果需要挂断电话，短按“电源键”即可。
注：为了有效防止电话骚扰，拐杖只能接听APP中设置的“SOS号码”和“亲情号码”；3、收音机、播放器功能按键8 “M/F”：当拐杖系统开启时，短按“功能按键8“M/F””，可以打开“收音机”或“播放器”播放模式，再次短按则是在二者之间做切换模式，长按3秒为关闭。
当拐杖处于“收音机”播放模式时：功能按键9 “▲”为搜索上一台。
功能按键10 “▼”为搜索下一台。
当拐杖处于“播放器”播放模式时：功能按键9 “▲”为上一首。
功能按键10 “▼”为下一首。
音量调节：用音量按钮“+”或“-”来操作。
4、查看时间和电量在收音机/播放器功能在待机情况下，短按“▲”为查看当前时间，短按“▼”则为查看当前电量。
5、手电筒三档开关：由上至下分别为“照明”、“闪灯”、“关闭”三个档位。
“照明”档：如果夜晚或者光线不好情况下，打开“照明”档，可以轻松实现。
“闪烁”档：如果前方有行人，打开“闪烁”档可以引起行人注意避让；如果发生紧急情况，打开“闪烁”档还可以得到及时施救。
6、充电续航操作方法：将附送的充电器的插入Micro USB接口处充电。
