自由出行导盲杖

自由出行导盲杖

菜根谭

技术实现方案

1 序言

在中国，100 个人当中就有一个盲人，然而，我们却并不经常看见他们。因为心理和生理上的原因，他们并不爱出门。

我们要利用类激光雷达结合 3D 触摸盘制作 3D 导盲效果的导盲杖，盲人可以利用他们优越的触觉进行感知周围障碍情况，放心的上街。再利用投影灯构建虚拟盲道，进行生物规避。

2 硬件系统技术方案设计

2.1 Arduino 硬件平台介绍

Arduino 是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包括各种型号的 Arduino 板硬件和 Arduino IDE 软件。其硬件包含一个以 Atmel AVR 单片机为核心的开发板和其他各种 I/O 板，适用于爱好者、艺术家、设计师和对“互动”有兴趣的朋友们。本设计中使用的具体型号是 Genuino 101。Genuino 101 是一个性能出色的低功耗开发板，它基于 Intel® Curie™ 模组，价格亲民，使用简单。101 不仅有着和 UNO 一样特性和外设，还额外增加了 Bluetooth LE 和 6 轴加速计、陀螺仪，带有 14 个 I/O（其中四路可用作 PWM 输出），6 个模拟输入, 一个用作串口通信和上传程序的 USB 接口，1 个电源座，1 个带 SPI 和 IIC 脚的 ICSP 接口。

2.2 夏普红外测距传感器

GP2Y0A02YK0F 是夏普的一款距离测量传感器模块。它由 PSD(position sensitive detector) 和 IRED (infrared emitting diode) 以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方法，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离，所以这款传感器可以用于距离测量、避障等场合

2.3 KST DS215MGＶ2.0 舵机

KST 新款 DS215MG 金属齿轮 数码高压舵机，高速大扭力。

响应时间：

0.05sec/60° @7.4V

0.06sec/60° @6.0V

0.07sec/60° @4.8V

重量：20g

尺寸：

22.90*12*27.30mm

拉力：

3.70Kg.cm@7.4V

3.10Kg.cm@6.0V

2.50Kg.cm@4.8V

输入电压：DC4.5-8.5V

工作频率：1520us/333Hz

马达：12mm 空心杯电机

轴承：2BB

2.4 LCD1602 液晶

显示容量:16×2 个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

3 软件系统技术方案设计

本系统利用 Genuino 101，对舵机、红外传感器以及 LCD1602 进行编程，最终达到所要的控制效果。

4 系统构架

本系统包括软件，硬件，工艺设计三个主要部分。

5 主要零部件

5.1 Genuino 101

5.2 夏普红外测距传感器

5.3 KST DS215MGＶ2.0 舵机

5.4 LCD1602 液晶

5.5 3D 打印支架模型

6 实施主要步骤

6.1 理想方案

6.1.1 静物规避：

扫描出前方的障碍物，并且用 3d 的形式能够让人触摸到。这样将感知周围的环境的方式从视觉转化为触觉。

实现方式：类激光雷达获取障碍信息，通过 3d 触摸盘以 3d 的形式呈现障碍物位置，及大致形状，以判断障碍物之间是否能通行

6.1.2 生物规避：

提醒活物自主规避，白天盲人的特征明显，大家可能会注意到，但是在光线昏暗的时候，大家互相看不清，在拐杖上加一个投影灯，在地面上投出一定范围的灯光，充作临时盲道。即使打上临时盲道盲人自己看不见。但是，能在照亮对方的同时提醒对方避开自己。这样就可以让行人自主的规避。

6.2 展示方案

将舵机与红外固定在一起，然后通过 Genuino 101 来控制舵机在 180 度范围内进行扫描，通过红外来获取前方位置信息，来监测是否有障碍物，并将红外扫描结果通过 LCD1602 进行显示。同时把手部位有一指针，能够指向障碍物。