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智能型导盲杖的优化设计

摘要本项目在现有传统的超声波导盲杖的基础上，针对盲人的需求进行

五大优化设计。增加了耳机语音提示模块、盲人电子公交显示牌、手动发电模块，

同时改进输入键盘设计和外观设计。此外简化了电路，提高测距的准确度。该智

能导盲杖使用便捷、设计人性化、成本低、易于投入市场。

关键词导盲杖；超声波；语音提示；人性化设计

导盲杖是盲人出行的安全保障，但是现有的大多导盲杖的使用率低，盲人使

用起来存在很多问题。对于大多数具有出行经验的盲人而言实用传统的普通导盲

杖基本上可以满足需求，但是对于后天失明的群体、需要适应盲人环境的群体则

需要导盲杖在设计上更加人性化，方便其使用。该项目在通过对上海盲人群体的

深访和需求调研后针对现存的五个功能使用上的不足进行优化。

1）传统的超声波导盲杖的语音提示是蜂鸣器或者外扩音，在一些人流较大

嘈杂的地方，盲人无法清晰识别提示信号，且超声波在地铁站容易受到电磁干扰。

2）盲人外出乘坐公交车候车时需要有人协助告知具体的公交线路，尤其在

交通繁忙，人员流动块的城市。所以需要导盲杖需要结合盲人乘车需求进行优化。

3）在供能上，一般大多采用蓄电池，盲人在使用导盲杖时经常担心因为各

种意外导致蓄电池供电不足。后来也有很多人开始采用太阳能发电，但是该方法

在实际推广和应用中存在很大问题，太阳能供电受到的限制条件过多，太阳能发

电需要有一定的太阳光照，同时发电过程耗时过多，对于行动本身不便的盲人群

体而言该设计在实际运用中需要改进。

4）部分传统的智能型导盲杖在按钮设计上依然没有考虑到盲人的需求，还

是采用常人常用的按钮设计和输入设计，按钮的位置也没有在方便盲人群体的基

础上。

5）传统超声波测距一般把超声波发射接收装置安在导盲杖靠近杖底的部位，

但是，在城市中，经常会出现一些栏杆和起伏的阶梯。这就需要在超声波测距上

做优化。

1系统整体设计

1.1系统整体设计原理

导盲杖在综合现有的传统超声波测距型导盲杖的基础上进行优化。导盲杖采

用了两个超声波测距模块配合使用，并设定了可选的警报范围，使得测距和避障

功能更加完备。耳机语音播报的设计使得导盲杖可以更好的应对嘈杂的场所。公

交电子显示牌的设计是我们在调研中根据盲人生活需求所增加的，通过盲人输入

显示乘车车次和语音求助帮助盲人更为安全，及时乘坐公交。采用便捷的微型手

摇发电机可以在蓄电池不足等紧急的情况下提供5V电源。导盲杖在整体设计

上也更突出人性化：我们特别的设计“米”字型盲人输入按键，并有盲文数字；可

以根据盲人自己的习惯进行伸缩调节的杆体；借鉴登山杖手柄的设计而改进的导

盲杖手柄不易出现脱手。

1.2超声波测距模块

我们发现大多数传统的超声波导盲设备设计中采用的是单块超声波测距装

置，这种设计可以检测到盲人前方出现的较为简单的障碍物，而在一些交通和路

况较为复杂的环境下便显得不足：如行人频繁走动，上下出现的阶梯和盲人两旁

出现的一些障碍等等。

我们在设计的过程中采用两块超声波探头和接受装置，超声波模块1位于导

盲杖的底端，超声波模块2于导盲杖的中部。有经验的盲人可以通过普通导盲杖

的敲击来发现0.5米内的障碍物，但是对于突发失明的盲人群体而言则并不容易，

此外现代城市盲道设施建设并不完备，城市道路复杂。因此模块1主要测量近地

面的一些障碍：如水沟、低矮的阶梯和障碍物、路两边的上下台阶等等。模块2

的功用和大多数超声波导盲杖的作用类似。盲人群体可以根据自己的情况通过导

盲杖手柄旁的船型按钮选择近程和远程。

近程设置内，模块1初始设定后会对0.5米内的近距障碍进行语音警报。

远程设置内，模块2会对米内初次语音警报，并通过语音模块播报障碍物具

体距离。

1.3语音报警模块

我们设计的导盲杖的语音报警主要用在两个方面，第一是与超声波测距模块

相结合，起到警报距离的播报。第二是与电子公交显示牌相结合，盲人输入所需

要乘坐的公交路线，通过AT80C51单片机控制一方面在八段数码显示管显示公

交路线，同时盲人可以通过语音播报按钮，起到播报所乘公交路线的功能。为了

达到这两个目的，我们选择了最常用的WT588D语音芯片。语音系统分语音存

储和语音播放两部分。整个语音播报系统利用单片机采集超声波模块和输入按键

的数据，经处理转换为可判断语音芯片播放哪段语音的判断信号。然后驱动耳

机播放声音信号，我们可以非常方便的使用