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摘 要

据报道，世界盲人数量增长迅速，在2050年将上涨到现在的2.2倍，达到1.15亿，其中我国是世界上盲人最多的国家，现存约有500万盲人，而且还在以每年45万人的速度增加。由此可见，盲人是一个不可忽视的群体。盲人的生活也因为失明产生了种种不便，尤其是盲人出行的安全隐患问题，因此设计一款能够帮助盲人出行的导盲装置很有必要，本课题由此出发，目标便是设计一款能够帮助盲人导盲的装置。

本课题所设计的智能导盲装置，不仅可以通过单片机和红外测距传感器组成的测距系统帮助盲人远离障碍物，而且可以通过GPS模块和WiFi芯片组成的物联网系统上报盲人的位置，从而让盲人的亲人在定制的微信小程序上面查看到盲人的位置。这种“双保险”的导盲机制，可以有效确保盲人的出行安全。

关键词：单片机 距离检测 光电传感器 WiFi 物联网

Research on Intelligent Photoelectric Blind Device Based on Single Chip Microcomputer

Abstract

As is reported, the number of blind people in the world is growing rapidly. It will reach 115 million in 2050, 2.2 times of that right now. There are about 5 million blind people in China now,which account most in the world and this number increases at the rate of 450 thousand every year. It can be seen that the blind can not be ignored. Blind people are difficult in life especially when walking outside because of blindness. Therefore, it is necessary to design a device that can help them travel outside. So the purpose of this project is to design a device that can help blind people when walking outside.

This paper introduce an intelligent blind guide device based on microcontroller and photoelectric sensor. It not only gives the alarm promptly when the blind is close to the obstacles, but also sends the location information to relatives via WiFi when the blind need help in emergency. That is, it can not only help the blind to find their way when they travel, but also enable their relatives to help them when needed at any time. This "double insurance" mechanism can effectively ensure the safety of the blind when they travel outside.

KeyWords：MCU ; Distance Detection ; Photoelectric Sensor; WiFi;IOT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要研究内容综述 2

第二章 软硬件选型与基本原理介绍 3

2.1 单片机和测距传感器的选型 3

2.2 IOT功能实现流程简介 4

2.2.1 IOT通信方式选择与论证 4

2.2.2 MQTT协议简介 7

2.2.3 物联网云服务器简介 10

2.2.4 微信小程序简介 12

2.3 系统开发环境搭建 13

2.3.1 stm32单片机集成开发环境 13

2.3.2 WiFi芯片集成开发环境 14

2.4 复杂工程问题和非技术问题分析 15

第三章 硬件电路设计与连接 16

3.1 系统总体硬件设计 16

3.2 单片机电路设计 16

3.3 ESP8266电路设计 19

3.4 系统实物接线设计 22

第四章 软件设计和数据传输测试 24

4.1 stm32单片机程序设计 24

4.1.1 红外测距和报警部分程序设计 24

4.1.2 GPS数据解析和发送程序设计 27

4.2 WiFi芯片程序设计 29

4.2.1 设置STA工作模式 30

4.2.2 建立TCP连接 31

4.2.3 串口接收GPS数据 31

4.2.4 发布数据到云端 32

4.3 百度天工服务器的数据处理 33

4.4 微信小程序程序设计 35

第五章 总结与展望 39

参考文献 40

致 谢 42

附录 43

绪论

研究背景及意义

据《柳叶刀·全球卫生》一篇研究报道^[1]，如若现有眼疾的医疗水平不持续提高，预计至2050年，全世界的失明人数将增加到1.15亿，比现在的盲人人数多出2.2倍。报道称，虽然失明者的比例在减少，但由于全球人口基数逐年增加以及人口老龄化的趋势，今后几十年实际失明人数将会一直呈迅猛增长态势。此外，因各种原因造成的中度及重度视力受破坏者全球还有２亿多人存在，该数字预计至2050年将增加到超过5.5亿。

失明者因为视力原因而无法感知周围环境，所以盲人这个群体是行动最困难的人群之一。当今的科技发展日新月异，数字技术和通信技术一直奔驰在快车道上，导盲设备智能化将是一个大的趋势。与传统导盲杖相比，智能导盲设备功能更加健全；与导盲犬相比，受限制领域更少，不需要昂贵的训练费用。因此研发一种智能导盲设备是具有重要意义的。

国内外研究现状

为了帮助盲人更安全便捷的出行，全球各地的科研人员发明了各式各样的导盲装置。他们的原理和实现方案不同，成本和使用方法也不同。

例如美国南加利福尼亚大学发明的一种导盲装置通过两个摄像头协同工作，合成环境数据后再通过震动马甲给盲人提供给行动反馈^[2]。而美国麻省理工大学发明的导盲装置则是通过GPS和震动模块为盲人提供行走诱导。日本山梨大学发明的一种导盲装置通过智能小车上的视听模块给盲人提供行走指导，小车上还有通信模块可以在遇到特殊情况时和服务中心交互^[3]。

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