文摘

失明是一种缺乏视觉感知状态由于生理或神经因素。部分失明代表缺乏集成视神经的增长或眼睛的视觉中心,和总失明是完全没有光的视觉感知。在这项工作,一个简单、廉价、友好用户,智能盲人导航系统设计和实现改善盲人和视障人的流动在一个特定的区域。拟议的工作包括一个可穿戴设备包括帽子和迷你手独自坚持帮助盲人导航安全,避免任何可能遇到的障碍,是否固定或移动,以防止任何可能的事故。这个系统的主要组件是用于扫描的红外传感器附近预定盲人emitting-reflecting波。从使用屏障对象接收反射信号作为输入PIC单片机。然后使用单片机来确定方向和距离的对象在盲人。它还控制着外围组件,提醒用户对障碍的形状,材料,和方向。实现的系统是廉价、快速、易于使用和一个创新的盲人和视障人负担得起的解决方案在第三世界国家。

1。介绍

许多人患有严重的视觉障碍阻止他们单独旅行。因此,他们需要使用各种工具和技术来帮助他们在他们的机动性。这些技术之一是方向和移动专家帮助视障和盲人和火车他们继续自己的独立和安全取决于他们其它的感官。另一种方法是受过特殊训练的导盲犬帮助盲人在他们的运动导航障碍提醒周围的人改变他/她的方式。然而,这种方法有一些局限性,如难以理解复杂的方向,这些狗,它们只适合约五年了。这些训练狗的成本很贵,也很难许多盲人和视障人士提供必要的照顾另一个生命体。有一个国际的符号工具盲人和视障人就像白手杖与红色提示用于加强盲人运动。如今,不同类型的这些藤条已经使用如白手杖(1,聪明的甘蔗2),和激光甘蔗3]。然而,这个工具也有一些限制:长手杖长度,局限性认识障碍,也难以保持在公共场所。最近,许多技术已经发展到提高盲人的出行依赖信号处理和传感器技术。这些被称为电子旅行援助(ETA)设备帮助盲人自由移动的环境中,不管其动态变化。根据文献,贱民主要分为两个主要方面:声纳输入(激光信号,红外信号,或超声波信号)(4- - - - - -8)和相机输入系统(主要由一个微型CCD相机)9- - - - - -13]。他们的细节如表所示1。这些设备的运作方式就像雷达系统,使用超声束或激光识别高度,方向,和速度的固定和移动对象。人之间的距离和障碍是衡量波的时间旅行。然而,所有现有的系统通知盲人的存在一个对象在一个特定的距离在或接近他。这些细节允许用户改变他或她的方式。对象特征信息可以创建额外的知识来增强空间表现和盲人的记忆。克服上述限制,这项工作提供了一个简单,高效,可配置电子制导系统为盲人和视障人士帮助他们在流动无论他们在哪里,户外或室内。提出系统的创意是利用嵌入式视觉系统的三个简单的红外传感器和汇集了所有反射信号通过PIC单片机为了编写一个障碍。因此,除了距离提出了制导系统使的两个主要特征的确定材料和形状的障碍。此外,系统的用户不需要携带手杖或其他标记工具。 He/she can just wear a hat and hand mini stick (size of a pen) just like others. It has high immunity to ambient light and colour of object. It has typical response time about 39 ms, and it is very suitable for real-time applications.

2。材料和方法

2.1。框图的智能Microcontroller-Based盲目的制导系统

普罗透斯是微处理器仿真软件,原理图捕获和印刷电路板(PCB)设计。Proteus-VSM(虚拟系统建模)允许cosimulation流行的微控制器的嵌入式软件与硬件设计(14]。普罗透斯的软件被用来设计和分析初步和最终结果为每个系统的一部分(14]。普罗透斯启用系统进行测试和修改,直到准确和预期结果前电路安装在实践中。图1显示提出的设计和实现智能盲人导航系统。系统的框图如图2。它显示了三个反射信号产生:从前面红外传感器、红外传感器,从左红外传感器。所有信号输入对ADC PIC单片机。这些信号被数字化和用作输入到一个特定的程序在PIC单片机实时实现。由于这些信号,单片机根据一些内部指令将生成一个输出将从图片到蜂鸣器和电机驱动器集成电路要意识到盲人的障碍阻止他/她的方式。

2.1.1。PIC单片机16 f877a

为视障人穿戴的障碍检测系统响应更快,它应该配备先进的单片机,以减少计算复杂度。PIC 16 f877a被选为发现任何开关触发和生成音频声音和振动。图片没有一个操作系统和运行程序的内存时打开。PIC单片机是一个小的计算机在一个集成电路中存储一组指令。它由一个处理器内核、内存和可编程输入/输出设备。图片中是一个重要的组件提出了系统处理尺寸编程代码是安装在它。系统是其体积小、成本低,与其它系统相比,使用单独的微处理器、输入/输出设备,和记忆。混合信号微控制器,集成模拟组件需要控制nondigital电子系统。PIC单片机在+ 5 V可调节使用电压调节器(L7805)保存在+ 5 V电压,如果它超过+ 5 V的输入电压。图片也不能运行在不使用它的晶体振荡器用于执行程序代码。 The PIC is used as a real-time processing element; therefore, a high frequency oscillator is used [15]。

2.1.2。红外传感器

三个红外传感器用来获得特定细节相对于障碍分类。本文提出制导系统原理是通过引入主传感器和显示的能力检测和识别的典型对象。红外传感器的主要电子元器件提出系统因为它充当新的盲人的眼睛。一个红外传感器位于手迷你坚持扫描正面,和其他两个传感器位于在左派和右派的帽子。红外传感器将扫描所有区域范围的红外光束。任何障碍在于扫描范围的红外光束将反映,通过传感器的接收单元。的距离和角度检测依赖于身体导致光束反射。图3显示了红外传感器的框图。距离被扫描的范围由一个开关控制。三个开关用于控制三个方向(即各种传感器。当开关,传感器将在全面工作;否则他们会在他们的工作范围)的一半。红外传感器是用来检测一个障碍除了(左、右)和前面的盲人在10至150厘米的距离。

电子红外指南的基本工具是迷你手和头部的帽子。这些工具有红外传感器。这些传感器是盲人的眼睛所以它的位置是非常重要的给正确的决定取决于他们的输出。迷你手贴包含红外传感器距离范围从10到150厘米。这个范围可以由PIC单片机控制的,所以它可以在一半经营范围(75厘米)通过扳动开关按钮。使传感器有利的是它小的重量大约是65通用,也提供了适当的保护传感器通过薄层透明的塑料。头部的帽子是第二个工具提出了盲目的电子导航系统。帽子提供了系统的能力扫描区域的左侧和右侧盲人通过两个传感器固定在上面。两个传感器可以工作在他们的全部150厘米或一半范围(75厘米)根据最好的用户可以通过开关控制它。

理论的红外传感器操作。新的红外传感器使用一种开发方法,不仅使对象检测更长的距离,但也提供了一个范围的信息。这些新领域提供一个更好的免疫环境照明条件因为测距的新方法。这些新域名使用一个小线性CCD阵列和三角测量来计算距离和视野中的对象的存在。的脉冲释放红外线发射器。这光在特定区域,如果没有障碍,那么光从来没有反映,结果没有显示对象,但是如果有一个障碍,那么光照射到它,它将反映。此操作创建一个三角形之间的反射点,发射器,探测器如图4。三角形的角度变化基于对象的距离。这些新的探测器的接收部分实际上是一个精密的镜头,反射的光传输到封闭的线阵CCD阵列的不同部分根据前面描述三角形的角上猛撞。CCD阵列可以确定在什么角度反射回来,因此,它可以计算出物体的距离。这几乎等新方法,避免了环境光干扰,提供惊人的差异被探测目标的颜色。红外线发送从发射机到对象面前,经过浓缩镜头,所以光强度是集中在某一个点。一旦发生折射光照射到物体的表面。折射光的一部分将被送回接收端,另一个镜头将把这些灯和决定的影响。光将被传递给光电晶体管的数组。光落的位置可以用来计算的距离()从发射机到障碍使用以下公式: 因此,从光电晶体管的距离值将被发送到信号评价模块之前改变电压,导致电压的变化根据测量距离,如图5。

2.1.3。阅读红外传感器和A / D转换器输出

红外传感器的输出电压会改变根据探测距离。计算近似距离,使用下面的公式: 在哪里厘米单位和距离吗是数字数据转换器。

2.1.4。演讲者

扬声器是设计系统的主要指标,盲人可以很容易地确定周围的身体的形状和材料在他/她。有两个扬声器:左和右。如果调整那是由于左喇叭的声音是一个对象的红外传感器,当调整由于是正确的,这意味着一个对象盲目出口的右边。当两人给这首曲子,这意味着前面的障碍是盲目的。扬声器的另一个优势是他们的小的重量和大小,所以他们不构成负担失明,他/她可以很容易地通过可变电阻器选择控制声级声级不让他/她生气。

2.1.5节讨论。振动电机驱动程序

L293D四推拉驱动设计提供双向驱动电流1或600毫安每通道。所有渠道TTL-compatible逻辑输入,每个输出是一个完整的图腾柱驱动电路与达林顿晶体管水槽和pseudo-Darlington来源。L293D在本系统的主要功能是控制传递给振动电机的当前使用启用直接销连接图片。振动电机显示检测到的身体多少范围是接近失明两左右,当振动器与左或右扬声器,它表明,前面有一个身体,向左或向右扬声器工作。图6显示了信号控制电机和脉冲宽度的增量变化的结果,因为减少的距离障碍。

2.1.6。开关

开关在这个系统的功能是控制传感器的范围。当开关打开(关闭),传感器操作他们的一半距离,当它关闭(上),传感器在全方位运作。

3所示。结果与讨论

提出了系统的设计和配置为实际使用。该系统能够处理可能面对盲人的7个州。系统将对每个国家根据特定的程序编码和PIC单片机的安装。第一种情况是当瞎子的身体是正确的方向,然后正确的演讲者将声音。第二种情况是当身体在盲人的左边,然后左扬声器将声音。第三个病例是当身体在盲人的前面,然后左右扬声器都给声音。第四种情况是当身体位于正确的范围和前传感器,也就是说,从前面和正确的,那么对演讲者和振动电机将一起工作。第五是当身体位于左右盲人面前,然后左扬声器振动电机工作。第六是当身体接近盲人左派和右派的方向,然后就振动电机。最后情况是当尸体四面八方(前面,左)然后演讲者和振动马达都将工作(最坏的情况)。

3.1。试验结果

从另一个区分一个障碍,它是至关重要的收购对象的关键特性,如材料和形式。障碍分类足够可以分化的特征,这样它就可以被检测到。根据这项工作的主要目的和使用简单的传感器、红外传感器已经检查材料和表面识别障碍。所有10个男性受试者,18-50岁参加了系统的测试。每个参与者学习理解一条路径(150米长)。的路径选择提供感兴趣的多个不同材料的障碍。

3.1.1。材料识别

障碍的不同类型的主要特征之一是发现分化类型的材料作为第一战略。四材料钢、玻璃、木材和塑料,由红外传感器发出的信号分析在给定的距离。单片机收集反射信息的障碍通过测量回波脉冲信号的宽度。脉冲宽度成正比的距离最近的障碍。通过捕获一个内部计数器的值16位在反射脉冲的上升和下降时间,得到了16位的单片机的距离。障碍是位于先后从10到150厘米(10厘米的范围)。电压平均值根据总结了四个选择的材料表2。

所有得到的数据使用SPSS进行的试验进行了分析。应用一维方差分析之后,土耳其与显著性水平为0.05。一个重要的影响周围的物质是注意到电压(;)。这一结果表明,使用红外传感器,它可以帮助区分四个选择材料类型。

然而,红外传感器的输出信号取决于材料和物体的距离。物体的距离越长,输出信号越小。为了测试这两个因素的影响,根据距离和电压平均值材料类别如图7。显著影响电压的材料根据距离(;)注意到。从图中,可以清楚地看到,木材可以显著分化从其他材料在任何距离。对于其他三个材料、塑料、金属、玻璃、材料分化取决于距离。距离小于57厘米塑料很容易被检测到。然而,该系统可以区分钢铁和玻璃在距离超过57厘米的头手小棍子。此外,系统没有任何歧视的材料在距离超过140厘米,不到20厘米。

3.1.2。形状分析

为了减少材料根据模糊性对象距离(金属与玻璃或塑料与金属),第二个红外传感器可以用来提取其他对象参数,比如他们的形状。通过电压变化的对象形式提取,而对象是扫描的红外传感器的手小棍子。表3表明,该系统成功地检测4类型的3 d不同形状(三角形金字塔,圆锥、圆柱和四棱锥)。因此,该系统可以用于工业用途。

3.1.3。系统的整体精度

10日系统测试受试者使用不同形状和材料在不同距离的障碍。实验的结果是非常令人鼓舞的。它显示的准确性93%,表明该系统是有效的和独特的功能在指定的源和距离的对象可能会遇到盲人。

3.2。参数规格

评估提出了制导系统的性能,应考虑几个参数。第一个重要参数是系统的功耗和将保持多长时间的工作而不需要充电。以下评级被认为:消费电能的0 - 0.5 W被认为是低功率,媒介消费0.5 - 1 W,高于1 W高消耗。第二个参数是操作的范围。一个工具可以找到在0 - 2 m障碍可以被视为一个低范围内设备,2 - 4米为中程,而高于4米范围被认为是高。第三个参数是响应时间和传感系统和响应0 - 100 ms被认为是快,100 - 200 ms培养基和高于200 ms缓慢。系统的可移植性是另一个重要参数。使用的系统,可以穿和主题在很长时间被认为是一个便携式系统;否则被视为不可移植。系统的舒适的使用被认为是另一个参数。 An easy to use device is actually easy to get to and an easy to function. Finally the noninvasive utilization of the system is considered as a property of the system. Table4比较上述规格参数不同系统。

3.3。比较与其他系统

在介绍中提到的,任何新技术应该与什么相比已经是可用的和最新的技术。提出系统相比NavBelt系统用户所穿的像一个带腰围和通过一组立体声耳机提供声学信号直接用户周围的障碍。然而,NavBelt系统遭受某些局限性如向用户传递信息的难度,允许快速行走,另一方面必须使用NavBelt一起白手杖(4,16]。在当前发展阶段,很明显,白手杖是潜在的成本、重量、电源、和可靠性,揭示障碍在地板上。然而,如果地板是完全反射面,然后甘蔗激光扫描设备失败。除了显示困难的白手杖检测隐藏的障碍,它展品困难的用户存储在公共场所(16,17]。结果表明,建议系统可以通过使用红外探测更远的障碍和其他传感装置,可以提供更精确的范围的信息比上述声纳系统的障碍。此外,该系统克服了基于摄像头的限制系统由于其侵入性自然,低功耗,低成本,简单、易于定制。然而,即使在这个早期阶段系统的实现中,使用新提出的系统有许多优点:首先它是安全的,便宜的,可以穿着;有一些障碍时,系统提示用户,并允许他/她做出更好的理解他/她周围的空间,由于材料的检测和物体的形状。因此,盲人可以改变他/她的方式和更安全、简便。虽然该系统能够成功,有一些未来的工作将集中在更换扬声器的曲调真人声音引导盲人。此外,形状检测测试对象在不同的旋转速度跨多个距离将进一步被考虑。

4所示。结论

一个简单、廉价、可配置的,容易处理电子导航系统提出了提供建设性的助理和盲人和视障人士的支持。系统设计、实现、测试和验证。系统的实时搜索结果是鼓舞人心的;它显示93%的精度检测不同的形状,材料,和距离。结果表明,该系统是有效的和独特的功能在指定的源和距离的对象可能会遇到盲人。它能够扫描区域左,右,和前面的盲人不管它的高度或深度。因此,它是青睐的那些参与了测试。红外传感器已被充分利用,以促进盲人和视力受损的人的流动安全独立的方式。这个系统不需要一个巨大的设备保持很长一段距离,也不需要任何特殊训练。这个系统还解决了限制,大部分的运动相关的问题可能会影响环境的盲人。 Future work will be focused on enhancing the performance of the system and reducing the load on the user by replacing the speaker’s tune by real human sound to guide the blind exactly. Moreover, shape detection test for objects that move at different rotational speeds across several distances will further be considered.