根据中国残联数据，现有视力障碍群体人数超过1700万。换而言之，每80个人大约有一名视障人士。而面对城市复杂多变的交通环境，如何保障视障人士出行时人身安全俨然成为社会发展的一大问题。随着通信技术和传感器技术的不断进步，电子导盲辅助设备逐渐取代传统盲杖，能够为视障人士实时提供更加丰富的道路信息。其中，电子导盲设备的移动辅助功能是利用触觉和听觉引导视障者行走安全，部分设备自带报警系统，根据与障碍物的距离提前预警。但目前市场大多数的导盲设备结构简单、功能单一、在特殊情况下不能帮助视障者进行有效避障，影响其出行体验。基于上述的问题，本文设计一款基于STM32的智能出行伴侣，该系统集超声波、GPS、语音等技术于一体，实现定位、避障、实时提示、防走丢以及紧急呼叫等功能，可以有效帮助视障人士出行安全。

1 总体设计方案

本系统以STM32单片机为主控核心，搭配超声波测距模块、GPS定位及通讯模块、语音模块、报警模块设计而成。该系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

系统采用超声波模块实时测量距离，当检测到与障碍物的距离小于设定距离时，会触发语音提示让视障者避开障碍物。如果距离太近，不仅会触发报警语音，而且指示灯不停闪烁。其次，基于夜间出行安全问题，该系统在夜间会发出闪光警示。最后，GPS模块会获取当前位置并回传给主控单元实时保存与更新。当视障者需要帮助时，其位置信息可通过短信发送到对应的手机，留在原地等待救援。

2 系统硬件设计

2.1 超声波避障系统

    该避障系统主要由三个HC-SR04超声波测距模块构成，分别用来检测手杖前方、左边和右边的距离3m以内障碍物，根据距离的长短发出相应的语音信号，提前规避与障碍物相撞。超声波测距原理是当给Trig输入10us以上的高电平信号，模块对外发送8个40KHz信号；待收到返回信号，Echo脚电平发生变化，其高电平时间为超声波从发射到返回所需时间。根据测量距离=(测距时间*340m/s)/2的关系式，计算距离并将信息同步到语音输出。

2.2 GPS定位系统

    GPS定位系统是采用串口通信方式，将GPS模块的TXD和RXD连接至单片机的USART1端口，用于接收GPS定位信息。只需将获取到信息进行分割，从而得到当前位置的经纬度信息，同时也可以获得当前的时间。

2.3 语音提示系统

语音提示系统采用JQ8900-16P语音模块，其内部语音内容的替换只需数据线把模块与电脑连接。当电脑识别出所有语音内容，可对内容进行增删改。播放语音提示时，既可以采用串口通信方式，也可直接拉低模块对应的引脚电平方式。

2.4 通信模块

    E32V通信模块具有四种状态：正常工作常亮、正常工作闪烁、挂载网络常亮和建立连接常亮。该模块使用串口通信方式，将单片机的串口与该模块的TXD和RXD交叉连接，单片机发送正确的AT指令，让4G模块发送相对应的短信内容到指定手机上。短信透传方式不仅实现串口传输的数据可通过短信发送到指定手机，同时，手机发送的短信息也可转发给单片机。

3 系统软件设计

    本系统主要利用超声波传感器探测周围环境障碍物的距离，由语音提示视障者周围的危险信息，可根据语音提示信息规避障碍物安全出行。系统软件设计主要包括距离检测、语音提示、预警、发送位置信息等内容。 

    超声波测距程序实现过程：当系统监测到时间一到，电平发生变化从而产生一个下降沿，触发三个测距模块开始工作并发送信号。当检测到有信号返回时，超声波模块的Echo引脚电平变化，从而获得信号传输时间。最后通过公式算出模块与障碍物间距离。

     GPS定位和通信程序实现过程：上电后初始化串口，当串口收到数据时，主控单元先判别信息是否有效。若数据长度大于65且第18位内容为‘A’，说明接收到的定位信息有效，指示灯点亮。当数组最后一个字符为“\n”时，表示信息已全部接收完毕。其次，将获取到的定位信息保存，需要时通过串口将其传输给通信模块，从而实现将位置信息发送到对应手机。

4  结语

本文设计一款基于STM32单片机控制器的智能出行伴侣，能够实现避障、语音提示、GPS定位等功能。未来可以融合图像处理、大数据、物联网等技术，进一步提升导盲辅助设备的智能性。

参考文献

[1]  黄毅翔.基于STM32单片机的智能视障者手杖[J].信息技术与信息化,2021(05):238-240.

[2]  严莉莉,张慎,胡应超等.基于51单片机的智能视障者助行器的设计[J].微型电脑应用,2021,37(06):22-24.

[3]  陈文甫,陈雪.基于51单片机的导盲护腕设计与实现[J].电脑知识与技术,2021,17(16):220-222+229.

作者简介：罗海丽（1993.06—）女，广西合浦，硕士，研究方向：数字图像处理。

郭宗仁（1999.07—）男，广西合浦，本科。