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                    《無線電》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    1955年創刊,是國內電子科普領域創刊最早、發行量最大的知名雜志,累計發行量超過3億冊,倡導科普、興趣、實作、分享的辦刊理念。

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                    輪式智能語音導盲杖

                    2015-12-25 10:12:08
                    第十四屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽獲獎作品
                    輪式智能語音導盲杖 
                    趙子晨

                    想法由來與確定思路

                    據世界衛生組織統計,全世界有4000萬到4500萬的盲人群體。中國是世界盲人最多的國家,約有500,占全世界盲人口的18%,我國每年會出現新盲人大約45萬,低視力135萬。他們的生活甚至生命也值得人們關注。由于失去了感官中最重要的視覺,盲人的世界一片黑暗。雖然很多盲人都靠著敏銳的聽覺和反復的練習重新獲得了基本生活的能力,僅在移動方面就困難重重。每年全世界都有數以萬計的盲人因為意外事故受傷甚至死亡。何不利用現代的電子技術與工程技術改造傳統盲杖,使盲人得到更好的使用體驗以及更安全的出行方法?

                    有了方向就需要確定細節。盲人到底需要一根什么樣的導盲杖?一番頭腦風暴后,我鎖定了4個關鍵點:

                    ?  便宜:成本低,功能高度集成。

                    ?  智能:全方位自動收集障礙信息。

                    ?  易用:全中文真人語音播報。

                    ?  安全:輪式四足穩定支撐。

                    4個關鍵點展開來說,盲杖應實現以下功能:

                    1.可以實時監測導盲杖前方障礙物距離以及地面情況。如果與障礙物的距離小于安全距離(可根據個人習慣進行參數設定)或地面情況異常,則中文(或其他語言)語音播報,提示盲人與障礙物的距離或地面情況信息。

                    2.盲人可以通過簡單的方式與導盲杖進行交互,主動獲取前方障礙物的情況或地面信息。

                    3.監測環境光線亮度,如果亮度不足以使盲人被其他人注意或發現,盲杖自發光以警示其自身位置,可有效避免被碰撞。

                    4.作為導盲器具,自身的重量要輕,并且具備一定的強度,用以支撐身體。

                    5.盲人屬低收入弱勢群體,因此作品成本不能太高,功能需要高度集成。

                    應對以上目標,本設計采用增強型51單片機STC12C5A60S2作為主控制器,價格低廉且集成度高。選用微動開關作為人機交互方式;選用US-015型超聲波傳感器監測有無障礙物以及與障礙物的距離;選用兩個反射式紅外傳感器構成一定角度來監測地面情況。軟件方面運用多種單片機內置資源,計時器中斷、外部中斷等協調運作,通過I/O端口與傳感器實現交互。

                    軟件設計思路

                    軟件設計的總思路為:開機上電,各模塊初始化,反復讀取并處理按鍵、超聲波傳感器、兩個紅外傳感器的狀態,若按鍵被按下,則播報當前障礙物情況以及地面情況;若超聲波傳感器測的距離小于設定的報警距離,則播報當前障礙物情況以及地面情況;若任意一個紅外傳感器狀態改變,則僅播報當前地面情況。上文提到過本作品針對的是殘障人士,成本也要作為考慮的主要因素,想要把成本控制到最低,那么功能的實現要盡量基于軟件而不是增加外部模塊,所以報警的功能要由單片機直接驅動發聲器件實現。所以在軟件方面,巧妙運用單片機的PWM脈寬調制端口,在不使用語音模塊的情況下,報警提示音能夠避開通常采用但盲人不易理解的“嘀”聲報警,而是采用真人中文發音錄制,用音頻處理軟件把音頻轉化成88kHz采樣的音頻編碼,存入單片機的ROM中,并用PWM脈寬調制解碼并直接播放。系統流程圖如圖1所示。

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                    (未完。全文詳見《無線電》雜志2015年12期)


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