張艷天 王堃陽(yáng) 弓成龍

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基于自動(dòng)控制理論的智能導(dǎo)盲杖分析及其探究

張艷天 王堃陽(yáng) 弓成龍

（沈陽(yáng)理工大學(xué)）

隨著我國(guó)綜合實(shí)力的逐步發(fā)展，智能型導(dǎo)盲杖裝置也在在我國(guó)構(gòu)建科技生活一體化的過(guò)程中也存在著巨大的發(fā)展?jié)摿臻g。筆者從多方面對(duì)智能導(dǎo)盲杖的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究與分析。希望對(duì)相關(guān)科技人員與工作人員有所幫助。

自動(dòng)控制；導(dǎo)盲杖

1.引言

自動(dòng)控制過(guò)程在我國(guó)的工程行業(yè)、公益行業(yè)、軍事領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)所涉及的各個(gè)行業(yè)都發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，可以有效解決相關(guān)的系統(tǒng)控制方面的難題，其中主要通過(guò)反饋的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制循環(huán)的過(guò)程。隨著我國(guó)公益事業(yè)的日益成熟，自動(dòng)控制系統(tǒng)在公益行業(yè)中也有較好的應(yīng)用。

目前市場(chǎng)上已有較多的電子導(dǎo)盲工具,無(wú)論是傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手杖還是電子導(dǎo)盲設(shè)備都存在一定的局限性。首先傳統(tǒng)的導(dǎo)盲設(shè)備不能滿(mǎn)足現(xiàn)下盲人日常生活的需求，傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手杖不能讓盲人及時(shí)發(fā)現(xiàn)障礙物，且在盲人出現(xiàn)意外事故時(shí)，無(wú)法及時(shí)的通知家人，夜間盲人的出行更加不安全。因此市場(chǎng)上新型的智能導(dǎo)盲杖更加符合市場(chǎng)的需要。筆者所描述的智能新型導(dǎo)盲杖采用簡(jiǎn)單的按鈕和語(yǔ)音提示，操作簡(jiǎn)單。其依據(jù)自動(dòng)控制理論，從而具備智能定位、語(yǔ)音報(bào)時(shí)、GSM 通信、GPS 定位、超聲波測(cè)距和摔倒檢測(cè)等功能。摔倒檢測(cè)功能、定位功能和通信功能相結(jié)合，當(dāng)盲人出現(xiàn)意外時(shí)，可以及時(shí)發(fā)送地理位置短信通知家人；超聲波測(cè)障功能可以能自動(dòng)檢測(cè)前方1.5米范圍內(nèi)障礙物，采用提示音和震動(dòng)兩種方式有效提示盲人避障；語(yǔ)音報(bào)時(shí)可以提醒盲人時(shí)間，同時(shí)導(dǎo)盲手杖還兼有夜間警示功能，通過(guò)警示燈提醒路人繞行，以保障盲人夜間出行的安全。

2.智能導(dǎo)盲杖中的自動(dòng)控制分析

2.1智能導(dǎo)盲杖總體設(shè)計(jì)方案

智能導(dǎo)盲杖系統(tǒng)是以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由陀螺儀，超聲波模塊，實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)時(shí)模塊，GPS 與 GSM 模塊，蜂鳴器，按鍵，移動(dòng)電源8部分組成。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。超聲波用于檢測(cè)盲人前進(jìn)路上是否有障礙物，若前方1.5米以?xún)?nèi)有障礙物，蜂鳴器響。同時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)手柄震動(dòng)按鈕后，隨著蜂鳴器鳴響，手柄也開(kāi)始震動(dòng)，這樣在喧鬧的環(huán)境下，盲人聽(tīng)不到語(yǔ)音報(bào)警時(shí)，也可以感覺(jué)到手柄的震動(dòng)報(bào)警，再次按下按鍵則關(guān)閉手柄震動(dòng)功能; 當(dāng)按下語(yǔ)音報(bào)時(shí)的按鈕時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前的時(shí)間，精確到分，范圍為24小時(shí)任意時(shí)間;陀螺儀用于檢測(cè)盲人是否摔倒，若檢測(cè)到摔倒蜂鳴器鳴叫，若鳴響持續(xù)10秒以上，通過(guò)GPS 和 GSM向家人發(fā)送盲人的位置信息;夜間警示路人功能，在夜間時(shí)，或者燈光昏暗的環(huán)境時(shí),盲杖上的指示燈自動(dòng)亮，可以警示前方路人注意盲人的位置，注意避讓盲人。整個(gè)系統(tǒng)由移動(dòng)電源供電，不用時(shí)可關(guān)閉開(kāi)關(guān)，電量可以使用較長(zhǎng)時(shí)間。

圖1：智能導(dǎo)盲杖整體設(shè)計(jì)框架

2.2智能導(dǎo)盲杖中的自動(dòng)控制理論分析

在智能導(dǎo)盲杖的經(jīng)緯度定位與超聲波測(cè)障礙方面，自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用較為突出，筆者主要介紹在智能導(dǎo)盲杖定位過(guò)程中對(duì)地理位置的自動(dòng)控制、自動(dòng)反饋環(huán)節(jié)的情況，以及超聲波如何自動(dòng)檢測(cè)前面障礙的自動(dòng)反饋與修正的問(wèn)題。在智能導(dǎo)盲杖的定位過(guò)程中，主要應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)地理位置經(jīng)緯度坐標(biāo)的檢測(cè)、反饋、數(shù)字化顯示等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新地理位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得智能導(dǎo)盲杖的使用者所在的地理位置維持在一個(gè)以使用者為中心的相對(duì)穩(wěn)定數(shù)值的圓形變化范圍內(nèi)。在智能導(dǎo)盲杖的外觀(guān)設(shè)備原料周邊安裝地理經(jīng)緯度檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)使用者周邊區(qū)域的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度檢測(cè)與查詢(xún)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的傳送過(guò)程，把檢測(cè)到的經(jīng)緯度信號(hào)傳送至終端控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和真實(shí)的經(jīng)緯度參數(shù)值進(jìn)行查詢(xún)、比較，當(dāng)智能導(dǎo)盲杖的自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)的經(jīng)緯度坐標(biāo)與設(shè)定的經(jīng)緯度參數(shù)值不一致時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)預(yù)先安裝的超聲波探測(cè)環(huán)節(jié)（也可以稱(chēng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)），將需要前后左右移動(dòng)的操作命令傳送至智能導(dǎo)盲杖控制終端，控制終端做出相應(yīng)的答復(fù)，以紅綠燈等信息進(jìn)行外在顯示，并且及時(shí)地對(duì)咱們導(dǎo)盲杖的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行修正，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)經(jīng)緯度檢測(cè)的反饋環(huán)節(jié)，檢測(cè)裝置再次進(jìn)行經(jīng)緯度檢測(cè)，然后把檢測(cè)的信息送至智能導(dǎo)盲杖的控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)里，控制系統(tǒng)再次對(duì)收到的溫度信息和系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行對(duì)比，這樣周而復(fù)始，從而通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)緯度坐標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別控制，保障了智能導(dǎo)盲杖的使用者的經(jīng)緯度處于穩(wěn)態(tài)遠(yuǎn)程的聯(lián)網(wǎng)終端之中，從而確保了使用的地理位置準(zhǔn)確性。

圖2：智能導(dǎo)盲杖程序工作流程圖

3.結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)公益事業(yè)的蓬勃發(fā)展，筆者相信日后的智能型公益設(shè)備會(huì)有更好的發(fā)展，因此，筆者認(rèn)為，在智能型可穿戴設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，如何做好對(duì)控制相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)控制、以及如何設(shè)計(jì)反饋環(huán)節(jié)，都對(duì)相關(guān)的技術(shù)方面有很高的門(mén)檻，公益性可穿戴智能設(shè)備一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將對(duì)使用者帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，筆者簡(jiǎn)要分析了在智能導(dǎo)盲杖設(shè)備中的自動(dòng)控制理論的應(yīng)用，希望對(duì)相關(guān)的科技生產(chǎn)企業(yè)單位有所幫助。

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1007-6344（2017）03-0316-01

張艷天 性別：男 出生年月：1995年10月12日 籍貫：內(nèi)蒙古通遼市 學(xué)歷：沈陽(yáng)理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽(yáng)理工大學(xué) 研究方向：自動(dòng)化

王堃陽(yáng) 性別：男 出生年月：1995年11月17日 籍貫：河南省汝州市 學(xué)歷：沈陽(yáng)理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽(yáng)理工大學(xué) 研究方向：自動(dòng)化

弓成龍 性別：男 出生年月：1995年10月06日 籍貫：遼寧省凌源市 學(xué)歷：沈陽(yáng)理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院本科在讀 畢業(yè)院校：沈陽(yáng)理工大學(xué) 研究方向：自動(dòng)化