智能导盲拐杖

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald77拐杖的智能化，能够真正地从服务于视觉障碍者的角度去考虑产品的设计与生产，真正满足盲人对于出行的需求，降低盲人的出行危险系数，在保障其生命安全的同时，能够让盲人朋友感受到来自社会对残疾群体的关心和关注。

随着社会经济的飞速发展，智能化设备将不断完善，智能拐杖将渐渐代替传统拐杖走进千家万户，成为盲人出行必备品。

此次研究设计的智能拐杖能够自动检测出前方1 m内出现的障碍物并进行播报（距离可以在程序中修改），当用户语音发出时间指令，系统能够自动播报当前时间。

此外，用户通过手动按动相应按钮或语音指令，能够开启L E D灯，具有一定警示功能。

1 设计原理1.1 超声波测距原理根据超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍就立即返回来，接收器收到反射波就停止计时的原理，再利用距离公式得到与障碍物的距离，从而达到测障的功能（超声波在空气中的传播速度为340 m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2[1-2]。

1.2 人机交互原理利用语音识别模块，把人说出的话语转换成相应的数据，通过R S 232串口发送到单片机中，以实现语音控制的目的。

利用实验所需的语音合成模块，可以将前方有障碍物以及播报当前时间等数据信息合成语音，实现语音播报功能。

以此利用语音识别和语音合成模块，实现了简单的人机对话功能[3]。

2 系统设计2.1 硬件设计2.1.1 主控器选择S T M 32主频高，外设丰富，有PW M、A D、DA这些常用外设，处理能力很强，专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计。

此外，由于此次设计具有语音报时功能，而STM32的内部具有实时时钟（RTC）能够实现时间的记录，该芯片的预分频模块可产生1 s 的时间基准，32位的可编程计数器实现时间记录，使用方便，只需一颗3 V纽扣电池和一个32.768 kHz晶振即可工作。

创业训练计划书项目名称：创业设计之导盲杖设计项目负责人：申艳宏团队成员：欧学森唐天宇指导老师：***学院：物理电子工程学院班级：10级电子科学与技术目录一、摘要二、关键字三、创业项目介绍四、可行性分析五、设计原理六、创业理由七、产品卖点八、产品包装九、营销策略十、经营管理十一、售后服务十二、创业憧憬十三、创业者应具备的素质创业设计之导盲仪设计一、摘要：我们团队主要以研发服务类电子产品为创业宗旨。

以服务特殊人群或研发特定功能的电子产品为主体。

二、关键字：研发服务特殊人群电子产品：导盲杖。

三、创业项目介绍：人生活过程中95%的信息是通过视觉获得的。

盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。

如何安全行走, 是盲人生活中最大的问题。

传统的手杖使用起来有诸多不便，导盲犬的训练周期过长且价格较贵，不利于普及。

我们试图利用超声波测距实现导盲的功能，制作出使用方便、价格低廉的导盲仪。

我们这次想做一个“超声波导盲拐杖”。

它具有比较精确的智能超声波测距系统，语音震动报警等多方面组合。

超声波测距系统用来测量前方障碍。

语音震动报警主要用于发出危险信号提醒盲人，同时我们还附有震动提醒来适应耳朵失聪的人群。

四、可行性分析：我们团队的三人都是电子科学与技术专业的学生，我们想把书本知识用于实践中去。

我们分析了市场上已有的导盲拐杖，我们的的产品大致和他们的思想方法一样。

具体分析如下：超声波测距可以制作一个利用传感器超声波测距电路，盲人打开开关后，系统会一直搜索前方物体，它能做到测动态物体和静态物体（这是我们的产品和市场的成品的主要技术区别），对于静态物体，系统会给以一般提示；对于突发性较强的如车辆，它会给以比较强的震动提醒和语音提醒（人性化设计）。

使盲人能及时获得外界信息，从而保障盲人独自外出的安全。

当超声波发射装置发出的超声波被前方障碍物反射并被接收装置接收时，语音电路根据障碍物距离发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。

智能导盲杖的造型设计与技术研究作者：周可盈施语来源：《艺术科技》2020年第16期摘要：当今我国的视障群体出行仍有很多不便，智能导盲杖的设计不仅有助于他们在出行时能较好地识别障碍物，而且给他们的日常生活带来了极大的便利。

智能导导盲杖主要是利用超声波来探测周围环境中的信息，并将环境中的信息以其他的形式快速反馈给用户，同时该导盲杖还有基于卷积神经网络的识别人行横道线边红绿灯功能，相比传统导盲杖具有精度高、符合人机工程学、使用便捷等特点。

关键词：智能导盲;视障人群;超声波;卷积神经网络中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）16-00-050 引言我国每年将新增约45万名盲人和135万名低视力者，即每分钟将有1名盲人和3名低视力者产生。

到2020年，中国视障人口将超过5000万人[1]。

来自全国盲人预防技术指导小组办公室的数据显示，中国的盲人人数占世界总数的五分之一。

随着人们生活水平的不断提高，人们普遍希望让生活变得更为轻松和方便。

盲人作为视障人士，不仅是我们普通人中的一员，更是一个特殊的群体。

由于先天或后天的意外生理缺陷，他们不能准确及时地发现和避开障碍物，因此，提高他们生活质量、人身安全和帮助他们安全出行具有重要意义。

同时随着国家对弱势群体的关注，视障人群的呼声渐渐被听见。

1 视障人群现状视障是指视觉功能受到一定程度的损害，患者因为视觉清晰度降低或视野范围受损，视力无法达到常人水平，会对日常生活造成一定的影响。

我国视障人群根据视敏度分为一级、二级、三级和四级（如图1）。

目前随着国家、非政府组织、专业人员越来越重视这一群体，推动了一系列劳动保护、社会保障、扶贫开发等项目，使得他们的生活质量、就业水平、受教育程度均有明显提高。

2018年世界卫生组织（WHO）公布数据，在全球范围约有13亿人患有某种形式的视力损害。

其中我国视障人数量高达1700万。

在日常生活中，出行仍是视障人群亟待解决的首要问题。

据卫生部统计数据显示：我国约有500万盲人，占全世界盲人总数的18％。

在我国，年均约有45万人失明，即几乎每分钟便会出现一例新盲人。

近年来因眼疾、外力伤害以及身体其他部位疾病所导致的失明现象呈明显上升趋势，且随着经济社会的发展、人口的增加和老龄化，新发盲人数也在不断增加。

失明或视力低下的原因人失明的主因中有三分之二是后天所造成，其中有42%是因为后天疾病，有14%是意外造成，以及职业灾害等。

根据调查显示，有42%的受访者失明的原因是后天疾病，其中有15%是因为感染或发烧导致失明，有8.75%则是因为视网膜剥离与病变，有2.5%是因为青光眼，有7%是因为视神经疾病。

目前我国有５类疾病易致盲（视力０．０５以下）或导致低视力（视力０．０５－０．３）。

白内障提到失明，许多人还是觉得很遥远，但是专家却告诉我们，其实失明离每个人都相当近。

白内障是临床最常见的致盲疾病之一，有起码3/1000的人会得这个病并且失明。

而其实每个人都可能会存在这个问题，只是程度不同而已。

角膜病在我国，角膜病是最主要的致盲眼病之一。

有关数据表明：“角膜盲人”占全部盲人总数的1/4,人数约为800万，在这些患者中，绝大多数是9岁以下的儿童以及40－69岁的青壮年人沙眼据专家介绍，沙眼是一种常见的眼科疾病，流行广，发病率也很高。

目前全世界沙眼患者达5亿人之多，其中约有600万人因角膜溃疡形成后，继发细菌反复感染而导致双目失明。

我国20世纪80年代的调查显示，沙眼的致盲率达到10．79％.沙眼仍是不可忽视的因素。

青光眼糖尿病等引起的其他视网膜疾病糖尿病视网膜病变(简称糖网病)是糖尿病眼部严重并发症之一，是糖尿病微血管病变的重要表现。

糖尿病视网膜病变在发达国家已成为成人首位致盲及视力损伤原因，严重影响患者的生活质量。

糖尿病性视网膜病变的病人中有5%的人会发生新生血管性青光眼。

而且临床上很多患者因为未能接受系统、及时、正规的治疗，最终眼睛失明。

基于STC89C52单片机对智能导盲拐杖的设计作者：陈辉方良斌谢孟宽李兵魏玉兰来源：《科技风》2018年第16期摘要：基于STC89C52单片机为控制研发一种智能导盲拐杖。

通过蓝牙无线方式与前方红绿灯连接，语音提示前方红绿灯情况；通过超声波检测前方路障，遇障语音提示。

盲人发生危险时对绑定手机电脑发送求救短信、GPS定位以及实时的视频影像。

实验证明，与前人研究相比，该系统能通过无线连接了解红绿灯变化情况、发送实时情况，智能化程度更高。

关键词：蓝牙模块；超声波避障；视频传输；短信发送；GPS定位1 绪论盲人作为当今社会中的一类特殊群体需要社会各界的共同帮助和关爱。

中国的盲人及视力障碍者的数量达到了千万之多，并且还在以每年45万的数量激增。

每年发生的盲人过马路死伤不在少数，而反观现在的盲人辅助装置市场，普通的装置无法安全的帮助盲人过马路，智能一些的造价又很高，一般家庭都难以承受[12]。

由此我们设计一种高效低成本的装置，帮助和方便他们过马路，减少他们过马路时的担心以及降低他们单独外出时的风险。

2 结构设计与工作原理主控芯片STC89C52单片机，8KB的flash，512KB的RAM，工作频率HYPERLINK"https：///item/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E9%A2%91%E7%8E%87"＼t"https：///item/STC89C52/_blank"范围：0～40MHz，工作电压：3.3V～5.5V[34]。

当盲人持拐杖走斑马线时拐杖上的4个金属传感器能感应到斑马线下铺设的铝箔，若此时盲人走偏则感应不到铝箔一侧的金属传感器发出信号控制偏出一侧轮子转速加快使两轮间形成差速完成转弯引导的功能。

当盲人发生意外致引导拐杖倾倒，倒地或脱手超过10s后，通过52单片机输出高电平，位于拐杖底部的有源蜂鸣器会发出报警声，连接在单片机引脚上的水银开关内的水银倾斜接通电路向家属发送求救短信以及当前的GPS地址方便家属寻找，提醒家属可能出事，同时拐杖上的摄像头会拍下实时场景，通过视频传输模块发送给绑定的手机和电脑。

2022年 / 第5期 物联网技术31 作品介绍本项目设计的智能拐杖主要是由超声波测距系统、GPS 定位系统、语音播报系统、智能深坑检测系统组成。

正常出行时，智能拐杖如果发现障碍则自动提醒盲人，同时语音提醒路人注意避让，以减少事故的发生；内置指示灯，当盲人黑夜出行时，拐杖会默认开启控制指示灯闪烁的开关，盲人也可人为控制此开关。

遇到紧急情况时，盲人可按下求救按键，系统会自动给监护人拨打电话，监护人通过手机APP可查询盲人用户所在位置。

此外，产品中增加了一些额外功能，比如按键控制语音报时、语音判别方向，甚至规划路线等。

智能拐杖设计如图1所示。

2 工作原理本产品结构框图如图2所示。

该系统通过超声波发送和接收模块对障碍物的测距，当盲人遇到障碍物时，通过单片机上的算法程序计算距离，再通过串行通信发送到语音模块进行语音提醒；同时利用GPS 模块采集地理信息，将盲人所处位置的经纬度与库函数里的经纬度进行对比，然后将地理信息上传至手机APP ；用户按下应急按钮时产品便会通过GSM 模块向指定手机号码发送求救短信；夜晚或灯光条件不好时，光敏传感器控制的示警灯系统会自动打开。

图1 智能拐杖设计图2 系统结构框图用户在使用此产品时，图3所示的结构中位置3的HC-SR04 超声波会自动检测360°范围内的障碍物，并实时通河南理工大学高瑞辰，李丽钧，邓鑫宇，李佳琦，张 玲摘 要：本产品通过综合应用STM32控制、红外+超声波测距、陀螺仪角度测量、GPS 定位等技术来实现。

STM32 控制为主控制电路超声波模块，可实时测量盲人在行走时前方是否有障碍物，并具有通过语音提醒盲人以及及时告知监护人、一键发送求救短信等功能，监护人还可以及时反映；本产品还具有智能深坑检测功能，通过测距和螺旋仪测量对深坑情况进行及时反馈，并使用GPS 进行定位，为监护人快速寻找盲人提供了有利条件，同时也为盲人提供了诸多方便。

关键词：超声波测距；智能盲行拐杖；GPS 定位；语音提醒；智能深坑检测智能盲行拐杖——黑夜中的明灯物联网技术 2022年 / 第5期4。

一款智能手环两体连接式导盲杖的设计摘要：本文提出设计一款，智能手环两体连接式导盲杖，减少盲杖上过多功能的赘余，增加便携性，同时保留对视障人群安全出行的有益功能。

因为对于视障人群来说，盲杖的功能就是保障出行安全，并且因为如今科技的蓬勃发展，我们可以通过这些科技手段，帮助视障人群更加融入社会。

关键词：导盲杖；智能手环；图像识别；盲人安全一、研究背景我国人口众多，其中盲人数量也很庞大，而我国导盲犬的数量少之又少，很难满足需求。

没有导盲犬的帮助盲人出行即会遇到困难，因此导盲杖就显现出了不可或缺的作用。

而传统的导盲杖是通过拐杖和障碍物之间的敲打，让使用者感知障碍物，这种避障方式不仅在操作距离上会受到限制，而且一些障碍物也无法感知，因此需要设计一款产品，此产品通过集合智能识别语音导航震动传感等功能，外加智能手环控制装置导盲杖，集结智能识别图片，语音智能导航，遇到障碍震动传感为一体的，专为视障人群所设计的一款导盲杖，可以实时给盲人引导，帮助盲人躲避障碍物和危险，对盲人有很好的帮助。

二、设计思路由于盲人缺失视觉，所以我们对于这一款产品的主要入手设计方向是听觉和触觉这两个角度，智能识别图片是将导盲杖所处三米距离，75度范围内的物品实时识别，传导到手环接收系统，接收系统实时识别，语音播报。

针对既是视觉障碍又是听觉障碍人群，我们设计出一项功能，是遇到障碍时可以根据盲杖的底端接收器，分析识别使用者距离障碍物的远近和大小，通过数字信号传递到，使用者手腕上的环状接收器，环状接收器再产生不同的震动幅度和频率，来提醒使用人注意。

同时环状接收器具有可定位声音盲杖功能，让使用者能够在独自一人的时候，一样可以找寻到。

同时在已有的产品基础上，现在市场上已有的产品大多数都在盲杖本身加功能，但是很多时候这样的盲杖的携带是很不方便的，所以我们将大部分的功能都转移在手环上面，一方面增加了便携性，令一方面手环固定在手上不易丢失，而且不易损坏。

三、具体设计过程本款智能手环两体连接式导盲杖，分成智能导盲杖和智能手环两部分，图1中的A区部分为智能导盲杖，此智能导盲杖分为上下两个部分，上半部分手柄和下半部分铝合金伸缩杆，铝合金伸缩杆调节长度适用于各个身高人群，减轻整体重量，损坏可更换。

多功能盲人智能拐杖的设计贾丹平;王岩;王阳;于博【摘要】In order to facilitate the walk of the blind, the design of the multifunctional smart cane for the blind based on stc90c516rd single chip microprocessor is proposed in this paper, and hardware and software system is also completed. The whole system adopts modular design, and the cane is composed by ranging module, electronic compass module, clock display module, GSM communication module, voice broadcasting module and other modules, and the functions of telling time, asking for help, recognizing direction and detecting obstacles are accomplished, at the same time, all functions are associated with voice prompt. The switch between each function was achieved by buttons set in system so as to make the design more humanized. The experiment and application show that smart cane not only overcomes shortcuts of traditional cane, but also uses easily, it can offer a trip way of safe and convenient.%为了方便盲人朋友出行,提出了一种基于STC90C516RD单片机的多功能盲人智能拐杖设计方案,并完成了系统的软硬件设计.整个系统采用模块化设计,由测距模块、电子指南模块、时钟显示模块、GSM通信模块、语音播报等模块组成,实现了报时、紧急呼救、方位辨识和障碍探测等功能,并且所有功能均伴有语音提示.为了使设计更加人性化,该系统设置了功能按键,使用者可以通过按键实现各个功能之间的切换.实际应用结果表明,智能拐杖不但克服了传统拐杖的缺点,而且使用简单,能够为盲人朋友提供更加便捷、安全的出行方式.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)014【总页数】4页(P136-138,142)【关键词】单片机;测距;电子指南;GSM通信;语音播报【作者】贾丹平;王岩;王阳;于博【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TN409中国是全世界盲人最多的国家，约600～700万盲人，占世界盲人总数的18%，由于视力的原因，他们的行动很不方便［1］。

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。

2019年 / 第3期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application77DOI ：10.16667/j.issn.2095-1302.2019.03.022收稿日期：2018-11-05 修回日期：2018-12-07基金项目：山东青年政治学院教学改革项目：基于学科竞赛的电子信息工程专业应用型才培养研究（201627）0 引 言中国在2000年开始步入老龄化社会，目前已成为世界上老年人口最多的国家之一。

老年人身体机能的衰退给出行带来极大不便，腿脚不便的老年人会选择拐杖辅助出行[1]。

同时中国还是全世界盲人最多的国家之一。

一般情况下，盲人的出行只能依靠拐杖或导盲犬。

由于培养一只良好的导盲犬需要花费较长的精力和较高的成本，因此更多的人选择拐杖[2]。

然而传统的拐杖只是一根长棍，结构简单、功能单一，存在一系列问题。

国内有不少人对智能拐杖做了研究，仲小英[3]设计的智能拐杖采用GSM 通信和GPS 定位技术，但没有考虑到老年人夜晚行走的情况，如果在光线不好的情况下，老人可能因为视力下降而被障碍物绊倒，从而发生意外。

景婷婷[4]等人设计的智能拐杖采用红外避障，使用时极大地受到环境因素的限制。

王玉花[5]和魏庆丽[6]等人设计的智能拐杖增加了手机APP 功能和显示屏，但对于不会使用智能手机的老年人来说反而增加了使用难度。

本文通过采用超声波测距设计并加入夜晚模式，能够更好地保护老年人或盲人的出行安全。

本设计定位明确，专为老年和盲人群体设计，简化了拐杖结构，操作简单，方便实用。

1 系统的总体设计整个系统主要由单片机控制、GPS 定位、语音识别、GSM 通信、障碍物报警、摔倒检测、语音播报和灯光警示等模块组成。

系统上电后，拐杖开启智能模式，使用者在行走中，拐杖检测到前方障碍物，会语音提示报警；使用者不慎摔倒时，拐杖会发出警报声，引起周围行人注意并实施援救，若拐杖倾斜15 s ，单片机将自动控制GSM 通信模块，向监护人发出求救短信；当使用者预感到身体不适，可按下求救键，直接向监护人发送求救信息；若因操作不当，误发了求救短信，使用者还可按下误报键，向监护人发送安全信息，避免引起监护人不必要的担心；使用者可以语音控制家用电器的开关，实现了家用电器的智能控制。

盲人智能拐杖的设计与制作沈庆阳;于宝琦【摘要】针对普通的拐杖安全性能低、功能单一的缺点,设计了一款基于单片机控制的智能拐杖,该拐杖具有自动定位、超声波测障、方位识别和紧急求助等功能.避免盲人因外出而造成的安全隐患,以及因盲人无法识别未知障碍而导致的事故发生.【期刊名称】《辽宁科技学院学报》【年(卷),期】2019(021)001【总页数】3页(P26-27,58)【关键词】智能拐杖;超声波测距;GSM通信;光电检测技术【作者】沈庆阳;于宝琦【作者单位】辽宁科技学院电气与信息工程学院,辽宁本溪117004;辽宁科技学院电气与信息工程学院,辽宁本溪117004【正文语种】中文【中图分类】TH789;TN912.34中国盲人的数量大约为650万，是世界上盲人最多的国家，并且随着学业任务的繁重、电子产品和科学技术的发展，青少年近视、弱视的人数也在逐年递涨。

有关调查表明，中国如果按照当前的形式持续发展下去，到 2022 年盲人数量将会大趋势增长，约为现数目的5至6倍。

作为一个不可忽视的群体，他们的生活受到社会与政府部门的广泛关注。

目前城市中的交通越来越拥挤，而且城市中的盲道总会遭受侵占或者破坏，这对于外出行走的盲人无疑造成了巨大的安全隐患。

为了提高盲人的生活质量，方便盲人出行，我们设计了此款盲人智能拐杖。

单片机是一种信息处理可靠，可以进行实时控制，性价比高的集成芯片。

超声波传感器具有质量轻、体积小、原理和结构简单等特点〔1〕，其针对性较强，且对光照和颜色敏感度不高。

将二者与各辅助模块结合到一起，实现多种功能的相互配合，使检测更加迅速、方便。

跟普通的导盲拐杖和导盲犬相比，更具有发展前景。

1 系统设计整个系统采用模块化设计，实现了障碍探测、方位辨识、紧急呼救等功能,并且所有功能均伴有语音提示。

为了使设计更加人性化,该系统设置了功能按键,使用者可以通过按键实现各个功能之间的切换。

操作更加简单、便捷,同时它对提高人体智能化设计起到重要的意义。