一款智能手环两体连接式导盲杖的设计

一款智能手环两体连接式导盲杖的设计

刘喜悦,郑晓琳,范先帅,韩露露,魏军,杨咏琪

大连科技学院，信息科学与技术学院，辽宁 大连 116036

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。所述反光板，结合车后反光贴纸作用，在光线不足或夜间时候帮助引起路上行车注意，强化“存在”,提醒行车注意避让，保证安全。上部分手柄中摄像头，记录拍照传送到手环上的图像处理系统中，分析前方障碍物，提醒使用者进行避障。所述激光雷达，3D建模及环境感知，通过多线激光雷达，扫描盲杖周围的环境，测算距离比对环境变化，结合摄像头所拍摄环境状态传入手环，进行AI智能识物分析，手环播报，提醒避让。紧急联系按键，出现事故可一键呼救。开关机键，不使用时断电处理，增加使用时长，开关机都有语音播报。夜间警示灯开关，控制夜间警示灯。夜间警示灯，红光具有穿透性，且显眼，作用同反光板，双重保障。手绳，防止盲杖脱手。音响孔，增加低音音量。连接手环蓝牙模块，通过蓝牙信号与手环连接，也可通过数据线相互连接。插卡区，可插入内存卡。蓄电池和充电口保证手环电量控制。B区部分为智能手环部分，专属为盲人设计，上按键均使用盲文设计，通过触感分辨按键作用。功能按键区，有路况分析按键，开启路况分析，手环接收盲杖摄像头传输的来的路况图像以及激光雷达测距，信号传入手环内芯片核心系统内分析，然后语音提醒。智能导航按键，使用北斗卫星导航系统，结合市面上已有的电子地图，语音规划路线。定位盲杖按键，当盲杖脱手时，可以通过这个按键声音定位到盲杖的位置。开机键打开关闭手环。震动区，拥有两个振动器，采用数字信号转换成电信号，从而引发振动器震动，手环左右两个小马达，通过前方传过来的信号从而进行左震或者右震，告知使用者障碍物所在方向，该项功能可以关闭。可调节手带调节大小。插卡区，可插入内存卡。音响孔，增加低音音量。声音调节调节大小。蓝牙连接盲杖。充电口，充电。

此款智能导盲杖的结构示意图如图2所示

图2 结构示意图

四、本导盲杖的创新点

1、实时图像识别与语音播报，让盲人更能清楚的认知自己当前所处的环境状态，给与实时盲人引导，起到规避危险的作用。作实时播报，虽然很多盲人对家里或者自己熟悉的环境，已经可以做到，精准找寻。但是周围的小环境还是会经常出现细微变动，出现磕碰，所以实时播报的话，就可以更让盲人安全，家人放心。

2、实时的图像识别与语音播报，对于盲人来过横道的话会有非常大的作用，对于我们现在，每天街道上上都会有许多的车辆出行，这样的话盲人过路的危险性就很大的增加了，在周围没有人的时候，这项功能就可以告诉盲人，周围有没有车辆，斑马线的位置，红路灯的状况，等等这些路况。

3、震动传感，首先因为在街道上或者一些嘈杂的地方，语音播报可能不是非常的清晰，虽然可以连接蓝牙和耳机，但是会存在蓝牙信号接受不稳定，耳机掉落的等这些问题依然规避不了。所以，震动手环就可以起到关键性的作用。

4、而且手环也可以起到，寻找导盲杖的作用，在遇到突发事件，盲杖脱离手部时，或者早上起床时，盲杖上拥有音响孔，这边按动手环，同时盲杖回响，更加方便快捷定位位置，并迅速的找回。

5、手环不易掉落，便于携带，增加自身的便捷，本身大多数盲人的触觉和听觉会高于普通人，我们的目的就是将运用到视觉的东西转化到触感和听觉方面，并且将这两种感官感受进行放大。手环就是担当着一个转换与放大器的责任。

6、手环是主控制器，减少手杖的体积与质量便于携带。

五、结论

本项目提出设计一款，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。使用AI智能识物，图像识别，语音规划路线，定位，震动传感，等功能。

六、参考文献：

[1] 俞国华,朱广伟,张珂.基于多传感器融合的智能导盲杖研制[J].测控技术，2015,34(4):20-23.

[2]边鋆，于娜，邱子宸，智能化医用家具设计研究[J].艺术科技，2019，32（05）：21-22

[3]胡湘娟.基于单片机的超声波测距系统的设计[J].工程技术：文摘版，2016（5）：128·

[4]彭安隆.基于AT89C51单片机的语音报警系统[J].电子世界，2016（10）：163-164

项目信息：本文系大学生创新项目《智能手环两体连接式导盲杖》研究成果。

作者简介：刘喜悦（2003.06-），女，汉族，辽宁大连人，本科在读，大连科技学院

郑晓琳（1981.09-），女，汉族，辽宁大连人，工学硕士，大连科技学院讲师，研究方向：通信平台设计

范先帅（2002.11-），男，汉族，辽宁朝阳人，本科在读，大连科技学院

韩露露（2002.11-），女，汉族，辽宁朝阳人，本科在读，大连科技学院

魏军（2002.08-），男，汉族，安徽定远人，本科在读，大连科技学院

杨咏琪（2002.09-），女，汉族，吉林四平人，本科在读，大连科技学院

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