摘要： 基于红外探测器的三角测距原理和光电传感技术，设计了一种新型的智能导盲系统。该导盲系统以Arduino单片机为控制核心，三个方向的红外探测器采集周围障碍物信息，通过一定的优化算法编写程序，读取周围障碍物信息，判断需要报警的方向，控制蜂鸣器和MP3模块的双语音报警系统，确定行走方向。该系统提高了报警的及时性和精确度，能够很好地引导盲人避开障碍物，安全快速地行走。
　　关键词： 红外探测器； Arduino控制器； 导盲杖； 语音报警
　　中图分类号： TN 215文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.017
　　引言国内目前约有500万盲人，占全世界盲人总数的18%。盲人在行走引导方面具有很大的困难，目前引导盲人行走的方法主要有三种：（1）传统的手杖引导；（2）盲道引导；（3）导盲犬引导。其中传统的手杖引导通过敲击地面告知盲人前方是否为可行路线，它无法告知盲人周围障碍物的空间分布和距离[1]；盲道存在一定的局限性；而导盲犬的培训周期长，并且成本很高[2]。为此，文中提出了一种引导盲人行走的便捷方案，用三个红外线探测器同时探测前、左、右三个方向障碍物距离数据，控制器对这些数据进行处理判断，然后通过MP3语音模块的提示音和蜂鸣器提示盲人周边障碍物的距离，扩大盲人的感知空间。图1三角法测距原理图
　　Fig.1The schematic diagram of
　　triangular surveying1系统工作原理
　　1.1红外线探测器测距原理导盲系统中，采用红外线探测器测量身体与障碍物之间的距离。该红外线探测器是基于三角测距原理完成身体与障碍物之间距离测量的，被测障碍物是具有一定漫反射性质的反射体，如墙壁、纸张等[35]。三角法测距的基本原理是基于平面三角关系。三角形的三个顶点分别为光线发射端、接收端和障碍物，红外线发射端按照一定角度θ发射红外光束，遇到障碍物时光束就会反射回来，反射光线照射到接收端的CDD检测器上，在检测器上相对中心位置有一个偏移量X，随着探测器与障碍物之间距离d的变化，偏移量的大小也随之发生改变。利用三角关系，在知道了发射角度θ，偏移距X，中心矩D，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离d就可以通过几何关系计算出来[6]，图1为三角法测距原理示意图。光学仪器第34卷
　　第5期马宏平，等：多方向红外测距新型智能导盲杖
　　一般的红外探测器的结构是固定的，光线发射角度θ、中心矩D、滤镜的焦距f都是常数，所以障碍物的距离d只与发射光线在CCD检测器上的偏移量X有关[7]。红外线探测器的模拟输出电压信号与反射光线光斑中心位置有关，即与偏移量X之间有一定的比例关系，所以探测器输出的电压信号与障碍物的距离d之间存在着一定的函数关系，通过对红外探测器件输出的电压信号进行采集、运算处理就可以获得传感器与被测物体表面之间的距离信息。
　　1.2探测器模拟输出转化为距离输出的函数拟合实际测量时红外探测器的输出值为模拟电压值，在编程设计中需要的是实际的距离，所以必须找出模拟电压与实际距离之间的对应关系。用红外探测器测量障碍物距离固定变化的一系列距离值，通过比较实际距离值与模拟电压输出值之间的数据关系，模拟二者之间的函数表达式。文献[7]给出了这种转换函数和计算方法，用MATLAB编程并以图形结合的方法获得函数的系数。图2是红外探测器测量不同距离D时得到的模拟电压输出值U，二者之间基本符合反比例函数的形式。假设模拟电压与实际距离之间满足关系式：D=mU+b-k（1）式（1）中，m，b，k都是常数，对上式变形，令Dk=1D+k，得到：Dk=1mU+bm（2）显然Dk与U之间存在正比例的线性关系，1m为斜率，bm是截距，图3画出了Dk与U之间的变化关系（取k=4.0）。