基于感觉替代的穿戴式视障者室内助行系统研究

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1、分类号学号M201171934学校代码10487密级硕士学位论文基于感觉替代的穿戴式视障者室内助行系统研究学位申请人：刘一鸣学科专业：控制理论与控制工程指导老师：黄剑副教授答辩日期：2014年1月20日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceResearchofawearableandindoortravelaidsystembasedonsensorysubstitutionforvisuallyimpairedCandidate:YimingLiuMaj

2、or:ControlTheoryandControlEngineeringSupervisor:Ass.Prof.JianHuangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074Hubei,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者

3、签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要国内外科研人员在盲人助行领域取得了不少研究成果，但仍然有很大的空间来进行功能的完善和新技术的应用。本文

4、从功能完善、降低成本和提升用户体验的角度出发，提出了一种基于感觉替代理论的穿戴式视障者辅助行走系统的实现方式，系统拥有的功能包括：（1）室内环境下，用户身前和低空障碍物信息的探测；（2）根据障碍物的距离信息给予用户对应强度的听觉和触觉提示，以实现障碍物的回避；（3）为后续基于多传感器信息融合技术的室内定位系统提供了超声波数据采集平台。本文首先明确了感觉替代的生理学基础，然后基于此提出了基于听觉和触觉显示的助行系统人机交互的实现方案。使用占空比或频率值正比于障碍物距离值的PWM波对骨传导耳机和布置在腰间与足部的振子电机进行控制，达到避障提示的目的。助行系统采用模块化硬件设计，包括核心处理芯

5、片模块，数据采集模块，感觉替代模块，无线通信模块。其中主控芯片为16位单片机STM32F103，数据采集模块为布置在腰间与足部的HC-SR04超声波模块阵列，选用骨传导耳机和振子电机实现感觉替代的功能，选用蓝牙模块实现10m范围内稳定的无线数据通信。在软件实现方面，本文利用版本号为STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0的函数库编写了STM32的控制程序，实现了对7路超声波模块的循环分时触发和对耳机与振子的实时控制。另外振动超声波阵列普遍存在的串扰问题，本文引入了一种减小串扰的EERUF算法，对算法实质进行了探究并针对助行系统进了算法的参数化实现。最后，本文实施了一系

6、列功能实验，对助行系统的可行性与实用性进行了初步验证。本系统成本低、结构简单、可穿戴且实用效果佳，在盲人康复领域有不错的应用前景，有望在将来实现产品化。关键词：视障者电子助行感觉替代超声串扰穿戴式I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractTakingthefunctionimprovement,costcutsanduserexperiencepromotionintoconsideration,wedesignedawearabletravelaidsystembasedonsensorysubstitutionfortheblind.Thesystemcarriesout3f

7、unctions:(1)Detecttheobstaclesbothinfrontoftheusersandclosetothegroundintheindoorenvironment.(2)Itcanprovidevaryingdegreesofauditoryandhapticcuesfortheblindusers,whichrealizesthefunctionofobstacleavoidancehelpfully.(3)