0 弁言
目前，环球大概有4 500万盲人，视力障碍患者大约有1.35亿人，中国大概有900万视力残疾者。随着人类科学技能的进步，面对弘大的盲人人群，他们的生活须要备受人们的关注。如何切实提高盲人的生活质量成为如今面临的一大寻衅。
根据2010年优爱盲人需求调研显示，目前盲人面临的极大难题如图1所示。
目前国内外有诸多类型的智能导盲用品，如导盲机器人[1]、红外线导盲、盲人电子眼镜、GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线做事技能）导盲系统[2-3]等，但这些导盲举动步伐大多本钱过高或携带不便。刘湘云、张兰[4-5]等学者研究了基于超声波技能的导盲系统的设计，详细先容了超声波导盲的事理、硬件设计和软件设计。超声波导盲技能已相对成熟，利用也十分普遍。但是在盲人社交方面的盲人用品寥寥无几。若何帮助盲人提升自傲，表示他们的存在感，是交互式盲杖设计的重点。实现盲人主动向熟人朋友打呼唤，先“看”到正凡人，将会增强盲人朋友的社交希望，使他们不再局限于自己的天下里。
1 理论根本
这里紧张先容超声波避障的基本事理以及射频识别技能（RFID）的事情事理。
1.1 超声波技能
超声波的振动频率大于20 000 Hz，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20 000 Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，碰着障碍物立即返回，超声波吸收器收到反射波就立即停滞计时，超声波在空气中的传播速率为340 m/s，根据计时器记录的韶光t，就可以打算出发射点距障碍物的间隔s（即：s=340t/2），这与雷达系统测距事理相似。如图2所示。
1.2 射频识别（RFID）技能
射频识别（Radio Frequency Identification）是一种无线通信技能，可以通过无线电旗子暗记识别特定目标并读写干系数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机器或者光学打仗[6-7]。一套完全的射频识别（RFID）系统由阅读器（Reader）、电子标签（TAG）（又称应答器（Transponder））及运用软件系统三个部分组成。
电子标签（或称应答器）由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标工具。阅读器有时也称为查询器、读写器或读出装置，紧张由无线收发模块、无线掌握模块及接口电路等组成。阅读器紧张是用于读取标签信息，可设计为手持式或固定式。在实际运用中，电子标签附着在待识别物体的表面，当标签进入天线的覆盖范围内，阅读器可无打仗地通过吸收标签发出的无线电波读取并识别射频标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。
电子标签根据供电办法的不同一样平常可分为有源标签（Active tag）、半有源标签（Semiactive tag）和无源标签（Passive tag）。生活中所常见的饭卡便是无源标签。有源标签内装有电池，价格比无源标签较贵，但是目前无源标签的阅读范围太小，达不到本文的射程哀求，以是本文设计选择有源电子标签。
2 总体设计方案
此手持交互式盲杖紧张分为两部分：一部分是交互式盲杖，由盲人所持有，另一部分是有源电子标签，由盲人的亲朋好友所携带。有源电子标签通过射频识别技能被盲杖上的阅读器识别，从而读取到标签上的信息，再通过盲杖上的语音模块奉告盲人好友信息。盲杖上的超声波探头用以丈量2 m内是否有障碍物，并及时通过语音模块提醒盲人绕道而行。
本装置包括塑料外壳、存储模块、超声波模块、录音模块、语音播放模块、RFID模块、按键选择模块、微处理器、稳压电源模块、标签。各个模块与微处理器的I/O口相连接。个中语音播放模块与录音模块组成了语音录放模块。如图3所示为本装置系统框图。
2.1 超声波模块
为了检测到前方的障碍物，及时提醒用户避开障碍物，避免撞上受到侵害，设计的手持交互式装置通过超声波模块来完成。超声波模块与微处理器直接相连。超声波模块正面有两个超声波探头，卖力超声波的发射和吸收。该模块有两组接口，登基于模块背面的模式选择跳线和5个Pin接口（从左向右命名为Pin1~ Pin5），间距均为2.54 mm。用微处理器掌握超声波模块的发射探头发出约40 kHz的超声波，超声波碰着障碍物就会发生反射，在一定的范围内，吸收探头能够吸收其反射回来的超声波，并通过技能处理，转化为高低电平旗子暗记，再通报给微处理器进行进一步的处理。
超声波模块紧张用于测障碍物，其实物图如图4所示。该装置的超声波模块采取HC-SR04，HC-SR04详细由台湾STC公司生产的芯片STC11、美国DALLAS公司生产的芯片MAX232、芯片TL074，以及一些电阻、电容、PNP、NPN、微型喇叭组成。HC-SR04由稳压电源模块供给稳定的5 V直流电源，其VCC端口与稳压电源模块分流、稳压后得到的5 V直流电源相连。发射端口Trig端口与STC公司生产的单片机STC15L2K60S2的P2.7口单线相连，单片机STC15L2K60S2的指令通过单线接口P2.7传送到端口Trig，Trig即触发掌握旗子暗记输入，从而能够掌握超声波模块开始事情。HC-SR04的端口Echo是回响旗子暗记输出端口，此端口与单片机STC15L2K60S2的引脚P2.6直接相连，有旗子暗记返回时，通过I/O口Echo输出一个高电平，也即可知前方有障碍物。这个信息会返回给单片机STC15L2K60S2进行下一步的处理。HC-SR04的GND端口接地。超声模块事情流程如图5所示。
2.2 RFID模块
为了实现此设计的社交功能，采取RFID模块和标签。RFID模块与微处器直接相连，镶嵌在盲杖的表面，标签由熟人携带。RFID模块紧张由无线吸收器、天线、数据处理模块等功能模块组成，事情在2.4 GHz~2.5 GHz微波段，内置天线，可有效识别半径8 m以内的电子标签。若安装高增益外置天线，最远识别间隔可达50 m。有源标识卡即电子标签，不断主动向外发出无线电旗子暗记（1秒钟发送3次），并且能够通报很远的间隔，该无线旗子暗记是有编码的，每个标识卡的编码是唯一的。标识卡发出的无线旗子暗记如果是在RFID模块中读卡器的有效丈量间隔内，则该无线旗子暗记通过读卡器上的天线被读卡器吸收并解码，然后可以通过TTL232接口将吸收到的信息发送给微处理器进行处理。
本装置RFID模块的设计采取荷兰DSM公司生产的DSM-300模块实现。此模块共有6个端口。个中DSM-300的端口1与稳压电源模块分流、稳压后得到的3.3 V直流电源相连，以供给全体RFID模块用电；端口2和端口5为空；端口3（TxD端）与单片机STC15L2K60S2的P3.0（RxD端）相连；端口4（RxD端）与单片机STC15L2K60S2的P3.1（TxD端）相连；端口6接地。将所有模块的GND端连在一起，实现共地，完成RFID模块与微处理器之间的信息沟通。其事情流程图如图6所示。
2.3 其他模块
微处理器采取STC公司生产的型号为STC15L2K60S2的芯片，用以折衷各个模块稳定事情。STC15L2K60S2芯片上共有44个引脚，每个引脚的功能各不相同。稳压电源模块为了携带方便，本文选取在内部电池组供电，再通过整流、滤波、稳压一系列变革得到须要的恒定电压。采取惠斯通电桥进行整流，并联电容进行滤波，采取TI公司生产的LM78系列三端稳压芯片进行稳压。语音播放模块将须要播报的语音首先录入美国ISD公司生产的ISD1760，STC15L2K60S2的P0.4口~P0.7口分别与ISD1760的MISO、MOSI、SCLK、SS相连，这样微处理器就能够直接调用录入ISD1760的每一段语音的地址，进行语音播报。
3 结论
由于技能上的不敷和实验条件的有限，此交互式盲杖还存在一定的不敷。超声波导盲的缺陷是不能探测到凹坑等障碍物，传播会受到衍射、散射和接管的影响，以是超声波导盲存在漏检盲区信息的问题。利用射频识别技能进行社交还存在一些问题，比如自主设置射程间隔、有源标签价格较贵等问题。随着射频识别技能的逐步完善，无芯片射频标签的进一步研究，未来可以用无芯片标签代替有源标签，以节省本钱。市情上已经存在利用射频识别技能的一些盲人用品，但是在盲人社交方面干系产品还是很稀缺，利用射频识别技能来帮助盲人社交在未来会更完善。
参考文献
[1] 韩雪峰．导盲机器人[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.
[2] 薛茹，吴宗胜，邵美云，等.一种基于GPS/GPRS的智能导盲拐杖：中国，201320224296[P].2013-10-23.
[3] 王丽丽．电子导盲仪的发展现状与趋势[J]．甘肃科技，2012，28（3）：99-100.
[4] 刘湘云，王定山，朱志伟.基于超声波技能的导盲杖设计[J].科技信息，2011（14）：22-23.
[5] 张兰.基于ARM的超声波导盲系统[D].济南：山东师范大学，2010.
[6] 黄玉兰.物联网射频识别技能详解[M].北京：公民邮电出版社，2010.
[7] 赵军辉，黄晓华.射频识别技能与运用[M].北京：机器工业出版社，2008.
