摘 要为了让盲人出行时能够实时感知周围障碍物和道路的交通情况，加强并改进传统盲人手杖是我国众多研究中的一个方向，在传统盲人手杖的基础上增加激光测距模块对障碍物距离进行探测，增加 OPENMV4视觉模块对路口红绿灯颜色进行识别，STM32单片机将识别到的障碍物距离和红绿灯颜色信息通过文字语音合成模块转换成语音提示。经过实验，验证了系统方案的可行性，当智能盲人手杖与障碍物距离小于0.2m时，语音模块进行播报；当OPENMV4 模块识别到红绿灯时，能够根据先前颜色阈值的设定对红绿灯颜色信息有效识别并语音播报。
目录
一 绪论 1
（一）研究背景 1
（二）国内外研究现状 1
1.国外研究现状 1
2.国内研究现状 1
（三）本设计的研究内容 2
二 方案选择 3
（一）电源芯片选用 3
（二）主芯片的选择 3
2.光学传感器 5
三 硬件设计介绍 7
（一）激光测试模块 8
（二）视觉模块 8
（三）文字转语音合成模块 8
（四）供电电源模块 9
四 软件设计介绍 10
（一）主函数软件流程设计 10
（二）激光测距软件流程设计 10
（三）视觉识别软件流程设计 11
（四）语音模块软件流程设计 12
五 功能验证与调试 13
（一） 电源调试 13
（二） 视觉功能调节 13
（三） 测试数据结果 14
六 总结与展望 15
致谢 16
参考文献 17
附 录 18
一 绪论
（一）研究背景
根据目前有关部门统计的数据来看，全球的盲人大约有4500万人，视力障碍患者数量也高达1.8亿人，而且每年新增的盲人数量也不低，有大约700万人。我国目前是全球盲人最多的国家，比例约为全球失明患者的18%,大约有500万人，可以看出我国的失明群体庞大以及盲人助行需求十分迫切，更可怕的是，我国低视力群体还有600万左右，这还不包括斜弱视眼疾群体 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072# 
的1000万儿童，更重要的是，我国还保持着很高且快速的新增数量和潜在的群体新增比率，我国每年盲人约增长45万人，从而看出潜在或有风险成为盲人群体十分庞大。对于有些出行，导盲犬是不太适合的，比如需要过安检，需要住酒店；虽然每年都有一部分盲人会通过眼角膜移植重见光明，但是稀缺的眼角膜和昂贵的手术费及护理费会让很多平凡的家庭望而却步，所以全国每年能够找到合适的眼角膜并且移植成功的案例也不过区区的七到八千例，剩下的盲人就只有等待，等待有人捐献眼角膜，等待手术费，所以就更加需要系统化的智能化盲人助行设备。
目前面向大部分的盲人工具都是手杖，只有极少数的家庭才配备有导盲犬，盲人手杖方便快捷，价格便宜，且导盲犬不太适合去一些公共场合，会引起一些不必要的麻烦，为了更好的针对此类问题作出相应的解决方案，我设计并制作了智能盲人手杖，智能盲人手杖采用STM32F103C8T6作为主控芯片，搭配电源电路、晶振电路、复位电路等完成整个系统的数据分析，逻辑判断，指令收发的作用，相当于是系统的大脑，使用OPENMV视觉识别模块，检测前方红绿灯的状态，采用TOF10120激光测距模块，检测前方是否有障碍物，然后将数据发送到单片机，单片机通过数据分析判断，判断前方的安全距离内是否有障碍物，判断是红灯还是绿灯，然后将分析过的数据通过语音播报模块播报输出。该设备的传感器反应快，成本低，后期维护简单，能够适应广泛的市场。
（二）国内外研究现状
1.国外研究现状
有相关研究表明，使用了智能化设备的盲人，能很轻松的了解周围的环境，并通过智能化设备带来的相关信息以确定自己的行径和安全，拥有这种智能化设备，让盲人能够像正常人一样去生活和社交，所有的传感器和相关电子设备都是采用低功耗的，降低了电池的更换频率，更多地增加使用时间。
2.国内研究现状
2020年宋玉娥，刘业辉，张小燕，王承国，林豪男等人在《电子器件》第五期第43卷曾发表过一片关于智能手杖的论文，论文里详细对未来智能手杖利用超声波探测设备解决盲人无法有效识别路况信息的相关阐述。利用当时现有的芯片技术能够有效的将超声波探测器和红外线探测仪结合起来，有效的帮助了盲人手杖的开发。黄毅翔在《信息技术与信息化》2021年第五期中发表了《基于STM32单片机的智能盲人手杖》 的论文，文中创新性的增加了OPENMV4视觉模块对路口红绿灯颜色进行识别功能，能够帮助盲人识别路口红绿灯信号指示，提升盲人出行的安全性。
（三）本设计的研究内容
近几年，随着城市基础建设逐渐健全，越来越多的盲道建设更加齐全，包括很多的智能化红绿灯，专用通道等等，盲人的出行也越来越被社会重视。根据整个设备的功能要求有如下研究内容。
1.根据设计要求，对设计方案做出不同零件选择与比较得出最佳方案。
2.电路设计以及仿真调试。
3.单片机的程序开发。
4.智能盲人手杖的硬件电路设计
5.智能盲人手杖的传感器输入电路
6.智能盲人手杖的数据处理
7.智能盲人手杖的软件流程设计
二 方案选择
根据整体设备的功能，会用到多种元器件，不同型号的元器件带来的效果也有所差异，会影响到智能盲人手杖的整体功能，那就要根据所有元器件的特性来选择合适的元器件，达到满足智能盲人手杖的功能，同时性能好，价格低。
（一）电源芯片选用
该设计电源芯片选用LDO：每一个电子设备都会需要用到电源，那么不同的器件使用的电源也会有所差别，这个时候就用到了电源芯片，电源芯片能够升压，能够降压，常用的电源芯片可分为两个大类，一个是DCDC,另一个是LDO，DCDC因为其工作原理为PWM调制的开关电源芯片，所以，可以升压，可以降压，而且降压的区间可以很大，一般是3.3V到30V，而LDO其内部是MOS管，所以其能够降压的区间相对于DCDC来说比较小，LDO，低压线性稳压器，顾名思义，低压差就可以工作，而且成本低，噪音小，纹波低。DCDC作为直流电源芯片类型的一种，外围电路较LDO来讲，复杂一些，其输出电压正是通过反馈电阻及其内部基准电压0.6V计算出来的，正因为DCDC外围电路复杂，所以导致成本比LDO高，并且DCDC较LDO的反应速率慢，而且纹波也很大，DCDC的开关噪声也比较大，很多电路设计的时候，都会在DCDC后结一个LDO，但是鉴于该设计的压差不大，而且电流也不大，LDO完全符合这个负载，所以该设计选择LDO作为电源芯片，功能要求符合，而且成本低，电源芯片选用LDO中的AMS1117，选用这个型号的原因在于这个型号比较常用，有很多参考设计电路，器件常用，采购渠道也方便。

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