用Arduino开发的“视觉辅助”设备

Posted 2022-12-12 yingcloud

 超声波距离传感器的功耗小、成本低，并且在距离检测上拥有不俗的性能，而与此同时有许多人萌生尝试用超声波传感器为有视觉障碍的人设计开发辅助视觉设备的念头。

近年来，随着开源硬件大热，市场上出现了越来越多性能强大并且成本低廉的开发板。而有许多设计就选择了用Ariduino来开发“导盲”装置。

“导盲”帽子

这顶帽子出自网友station420之手，采用了Arduino Uno、超声波传感器以及蜂鸣器等元件。其中通过传感器可检测到前方是否有障碍物，并通过蜂鸣器发出不同频率的声音来反馈与障碍物之间的距离，提醒佩戴者前方是否有危险。

整个装置的结构非常简单，将超声波传感器嵌于鸭嘴帽的帽檐，装有Arduino、蜂鸣器和电池等主体电子设备的“黑盒”挂于帽子的后面。

而使用时，佩戴者只需要“戴上”帽子，并不需要任何其它的繁琐步骤。

当然这类，尽管这套装置的主要模块仅仅是一块Arduino Uno和超声波传感器，但是加上电池、外壳以及其它元器件，整个装置的重量约为10磅。

很难想象戴着这顶帽子的人会有什么舒适感，哪怕经过优化，在帽子上加装这些装置仍然有许多不尽人意的地方。

名为“光环”的视觉雷达

这套设备的设计者是来自北弗吉尼亚州安南达尔的网友polymythic，相比于上面的“导盲”帽子，这个设备的功能相对更加完善，但在使用上也相对的复杂了。

使用者需要将装置套在头上，位于前额的传感器就能为佩戴者探测出前方的路况，然后并利用不同方向上的马达震动来反馈路况信息，告知佩戴者行走路线的畅通与否。因此即使是失明人士也能通过这套装置了解自己前行路上的具体路况。

整套设备主要由Arduino Mega 2560 以及五个超声波距离传感器配以马达模块组成。将五个传感器设置在不同的方向上，使超声波可覆盖前方180度的范围，然后探测并反馈路线上的“障碍信息”。

在有需要的时候，可通过调整传感器的位置或增加传感器的数量来扩大这套装置超声波探测的覆盖角度。但是过多的模块也会增加这套设备的使用难度，毕竟过于轻微的震动难以令到佩戴者获得准确的信息进行判断，而过于强烈的震动，次数多了也难以让人忍受。

或许我们应该选择一些更好的途径去实现这种创意，例如佩戴的方式改为戴在手上。这样的设计除了令到导盲的功能更加灵活，也让使用的难度大大降低并提高舒适度。

助视器VIA（Visual Impairment Aid)

这个设备是由来自芝加哥的网友Mizchief100所设计开发的，主要功能是用来辅助视力受损的残障人士去了解身边的环境。使用者可以通过手臂自然摸索去提前了解与周围物体之间的距离，以此来获悉自己周围的具体状况。

整个“助视器”可以固定在手腕上，佩戴者在做出“摸索”动作时，配置在装置最前方的超声波传感器就会扫过手掌将要触及的地方。

而在佩戴者真正触摸到“障碍物”之前，就能利用超声波传感器预先感应到与障碍物之间距离的远近，并通过蜂鸣器发出长短音将距离信息反馈给佩戴者。

这款“助视器”的制作，主要使用了Arduino Micro、蜂鸣器与距离传感器。整个设备需要的元件很少，结构简单、体积小巧而且十分轻便，这种设计即使戴在手腕上对手部活动的影响也很小。

“导盲”手套HandSight

HandSight是一款加装了超声波传感器以及红外线反射传感器的“导盲手套”，除了我们上述提到多次的利用超声波“导盲”，这款手套加装的红外线反射传感器令其可以切换模式提供更多的功能。

除了在接触前让佩戴者感受到物体的具体形状以此来让用户可以评估将要摸的是什么，这个手套甚至可能帮助佩戴者去感应接触物体的颜色、温度等属性。

这款手套使用了Arduino Pro Mini 328，是Arduino Mini的一种定制版本，具有更好的拓展性。而设计者也为这款手套准备了许多拓展功能，包括“按摩”和“打字”。

为视障人士打造的导盲模块

这个模块是由来自澳大利亚墨尔本的网友ishamsul所设计的，完全就是用来测量与障碍物之间的距离的。不过这个模块可通过功率调节来改变测量距离的有效距离，因此可以适应不同路况和环境。

这个设备主要由Arduino Nano 3.0以及超声波传感器组成，功能虽然单一但是却在距离测量上拥有更灵敏的性能。而且做为一组模块，适合在外壳上进行二次设计，以适应于佩戴在身体的各个部分。

通过定制PCB，我可以进一步的优化缩小这个模块的体积，以此来提高这个装置的实用性。

而经过进一步优化的模块十分便于进行二次设计，将这个模块用外壳封装起来，我们可以根据不同的需求为其配上不同的外壳、不同长度的绑带，甚至根据需要也可以嵌入到衣物中。