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新型智能自动导航盲人眼镜的设计

摘要：针对现代社会高楼林立，交通发达，到处都有障碍物等问题，我们研

究新型智能自动导航盲人眼镜，具有眼镜式的壳体，并装有电量检测装置，低电

量时会进行语音提示，从而实现持久续航。该装置采用了超声波感应、北斗导航

定位、人机交互图像识别和语音提示等模块。配备双目收集信息，眼镜双目各装

置一个STM32单片机，用北斗导航高准度定位障碍物，超声波感应传输到单片机

形成图像后，语音提示告知盲人障碍物的信息，从而保证盲人和弱视人群的外出

安全。

关键词：自动导航；目标测距；电量检测；人机交互

引言

目前，世界上盲人这一特殊群体的数量非常庞大，据世界卫生组织2020年

给出的数据，中国盲人约有824.8万，低视力人数约6727.4万，是全世界盲人

最多的国家之一。随着电子产品的普及化，人们的视力受到很大影响。盲人和弱

视人群外出即便使用导盲犬，导盲犬也会受到周围环境的影响，可能会发生不可

预料的事故。我们采用更新型的方法来代替导盲犬，通过智能控制提高导航能力

和对外界干扰能力，让我们的产品为盲人和弱视群体的生活带去一些改变，让他

们能够得到更好的保护。

1功能设计

主要解决盲人和弱视人群外出遇到的电池续航差、感知能力弱等问题。为了

保障他们外出安全，我们对新型智能自动导盲眼镜进行相关研究，具体研究内容

如下：

1.1电量的设计

目前，盲人眼镜续航量是一个重点问题，对此采用电量检测单元显得尤为重

要。电量检测单元是通过ADC0804将检测到的电压数据反馈给STM32单片机，并

与正常运行时的电压数据进行比较，从而计算出当前电量的余量，用电量欠缺时

则提示用户及时充电。太阳能板为眼镜提供电量，电量检测模块检测电量的剩余

量。系统发送链接给接收设备的电子设备进行语音提示来引导盲人走路。

1.2语音识别的设计

为了避免语言的障碍，我们将对全国的各种方言进行收录。语音识别技术是

让机器透过人机交互把信号脉冲转变为文本，进而通过理解转变为指令的技术。

就是给机器赋予人的听觉特性，听懂人说什么。语音识别系统由声学识别模型和

语言理解模型两部分组成，分别对应语音到音节和音节到字的计算。从而让语音

识别系统识别出各地的语言，执行出使用者的命令。

1.3功能原理设计

通过在智能眼镜上设计语言识别、超声波感知系统、北斗定位、智能图像识

别系统和语音提示来帮助盲人及时避开障碍物。将超声波测量得到的数据传输到

单片机进行相关的算法处理，得到具体的图像信息，并得到物体的距离、速度、

方位等方面信息，最后以语音的形式告知盲人，从而达到给盲人导航的效果。在

眼镜框中间设置一个开关，方便盲人和弱视人群来控制装置。如图1。

图1智能导盲眼镜功能设计流程图

2硬件设计

2.1STM32F103微处理器

STM32F103内核为ARM32位Cortex-M3，最高工作频率为72MHz，

STM3232F103单片机，具有成本低、低功耗的特点深受追求高性能电子爱好者的

青睐。具有上电复位和掉电复位功能，工作电压低，并且拥有休眠，停止，待机

3种低功耗模式，这些大大降低了单片机的工作能耗；STM32系列单片机资源丰

富，功能强大，拥有高频率的内核，工作速度快，效率高的特点。

2.2导盲眼镜壳体设计

我们所研究的新型智能自动导航盲人眼镜具有眼镜式的壳体，壳体中有固定

电池和大量微型太阳能板，并装有电量检测装置，在眼镜框中间设置一个开关，

盲人和弱视人群更容易控制装置。配备双目收集信息，眼镜双目各装置一个

STM32单片机，用北斗导航高准度定位障碍物和使用者的距离，超声波感应传输

到单片机形成图像后，以语音提示来告知盲人有关障碍物的信息。

2.3超声波测距模块

超声波测距模块选择HY－SRF05，用于测量盲人与障碍物之间的距离。模块

具有非距离感测功能，测距精度可达高到3mm。结构功能设计图如图2。

图2智能导盲眼镜结构功能设计图

3软件设计

新型智能自动导航盲人眼镜的程序设计使用C语言编程。C语言的开发使用

速度快，设计自由，指令较多，代码设计方法多动多样，数据结构丰富多样。

Keil5通过一个集成开发环境将C编译器、链接器、库管理和仿真调试器等这些

部分组合在一起，组成一个完整的开发系统，利用Keil5便于导盲眼镜程序的设

置。通过在