盲人辅助功能(公交导盲系统)

王驰祖音黄逸梵张鲁宁

摘要:针对盲人乘坐公交车的问题，提出了一种基于LORA技术的盲人公交辅助系统，该系统考虑了盲人从盲道过街到站台和在站台选车两个过程。语音提示贯穿整个过程，LORA技术用于连接各个辅助子系统。

关键词:盲人；LORA科技；系统协作

基于LORA技术的盲人交通辅助系统

王俊池、王祖荫、黄逸梵、张鲁宁

(中国人民公安大学，北京100038)

摘要:为了方便盲人乘坐公交车，本文提出了一种基于LORA技术的盲人公交辅助系统。包括两个步骤，盲人先从盲道穿过街道到公交车站，然后在公交车站选择公交车。语音提示覆盖整个过程。LORA技术用于连接各种辅助子系统。

关键词:盲人；LORA科技；系统协作

1研究背景、存在问题及意义

帮助残疾人融入社会是一种趋势，也是构建和谐社会的需要。无障碍设施是残疾人低成本融入社会的重要条件，公共交通也应为盲人提供便利。然而，现在盲人的公共交通仍然存在许多困难:

(1)盲人很难准确选择自己需要乘坐的车次。

(2)盲人很难知道自己需要的公交车是否已经到站，司机也无法知道是否有盲人需要乘坐他的列车，无法提前反应帮助盲人上车。

(3)许多公交车站位于机动车道旁。但是盲道和站台之间往往有自行车和电瓶车的非机动车道，这对于只能靠听觉识别的盲人来说是非常危险的。

关于帮助盲人旅行的问题，国内外已经做了一些研究。在盲人公共交通方面，美国、日本等一些国家专门开发了盲人GPS定位系统，语音识别和语音输出的成本也很高。值得注意的是，在2009年，瑞士市测试了里程碑，盲人乘客的RFID个人助理。盲人在平台上使用手持终端获取语音信息和公交信息，但这种系统成本较高，每台终端高达500欧元[1]；2019年，舟山市定海区在公交站牌处设置了语音播报功能，但仍有不少盲人市民表示找不到公交站牌或因语音播报不准确坐错了公交车[2]。

本文将车站、公交、盲道、信号灯连接成一个系统，通过LORA技术在子系统之间传递信息，达到系统协同的目的。使用发给盲人的射频识别卡确定盲人的位置，找到盲人的键盘方便输入；利用车站的盲人键盘，方便盲人更准确地选择自己需要的车号；通过车站与公交车的连接，将盲人所在车站的信息发送到公交车上，方便司机提前做好准备，帮助盲人上车；借助RFID阅读器，将盲道处的盲人检测信息与信号单片机共享，在盲人过街时显示红灯，为盲人过街提供安全保障。

2工作原理

2.1 LORA技术

LORA是一种专用于无线电调制和解调的技术，具有长距离、低功耗和低成本的优点。传输距离长，适合公交车与公交站牌之间的信息传输；低功耗延长电池使用寿命，保证公共设施质量。免执照的频段、基础设施和低成本的节点大大降低了使用LORA的成本。

2.2系统组成

系统构成如图1所示。系统结构如图1所示。

在图1(a)中，信号灯系统中的RFID阅读器识别盲人标签卡，红绿灯用于控制非机动车道上来往的车辆，通过平台设备与车载设备的LORA模块连接实现信息交互。

图2所示的矩阵键盘附有盲键，供盲人输入他们需要乘坐的车辆号码。

2.3工作流程

(1)信号灯系统上集成的RFID阅读器识别盲人识别卡后，信号灯显示变化，语音提示盲人通过非机动车道，同时向车站端的MCU LORA模块发送信号，唤醒车站MCU。

(2)盲人通过非机动车道后，当车站MCU的RFID阅读器检测到近距离内有识别卡时，语音提示盲人停止前行，在键盘上输入车号，按下矩阵键盘按键的同时得到语音反馈，并通过车站MCU的LORA无线模块向车载MCU发送信号。

(3)车载终端上的MCU得到信息，向驾驶员提供a站有盲人上车的语音提示，同时车载终端上代表a站的LED灯亮起，提示驾驶员a站有盲人上车，请给予相应的帮助。

（4）车站MCU LORA无线模块接受信息，语音向盲人反馈车辆信息。(4)站内MCU LORA无线模块接收信息，并通过语音将车辆信息反馈给盲人。

2.4各系统的工作原理

2.4.1信号灯系统2.4.1信号灯系统

信号灯系统中集成的RFID阅读器识别盲人识别卡后，信号灯由绿色变为黄色，3s后变为红色，持续15s。同时，LORA模块向站MCU发送信号，以唤醒站MCU。

2.4.2车站端MCU系统2.4.2站端MCU系统

通过非机动车道后，盲人靠近安装在车站的RFID阅读器。当近距离感应到盲人时，语音提示停止移动，并通过键盘输入车号。同时，语音模块给出输入车号的语音反馈，并通过LORA模块将输入的车号发送给车载MCU。车载MCU收到信息后，将车辆确认信息发送给车站MCU，语音将车辆信息反馈给盲人。

2.4.3车载端MCU系统2.4.3车载MCU系统

LORA模块识别并接收盲人乘坐的车辆的车号，车载MCU语音提示驾驶员a站车辆将有盲人乘坐，同时车载MCU控制a站的LED灯点亮，并再次发送车辆确认信息给a站MCU。

3技术实现

3.1设备选择

LORA设备

采用AS32射频芯片。AS32 LORA射频芯片是一款433MHz、100mW、高稳定性的工业无线数据传输模块。采用SX1278和TTL电平输出设计开发，大大提高了模块的抗干扰性和稳定性。

3.1.2 STM32F103C8T6单片机

选用ST公司的超低功耗处理器STM32F103C8T6 MCU，其核心芯片是ST意法半导体公司生产的超低功耗MCU。该系列使用一流的外围设备、低功耗和低电压操作来实现高性能，并使用简单的架构和易于使用的工具来实现高集成度。

其他

矩阵键盘、LED、语音芯片、RFID阅读器等硬件设施。

3.2信号灯的时间控制

盲人要穿过非机动车道，我们采用了标画交通标线的方式，在非机动车道上标画供盲人穿过非机动车道到达公交站台的人行横道线和停车线。为了方便盲人穿越非机动车道，我们采取了在非机动车道上划交通标线、划人行横道线和停车线的方法，供盲人穿越非机动车道到达公交车站。

为了让盲人有足够的时间通过，红灯时间应为15s(行走间隔不应小于15s)，黄灯时间应为3s。

3.3实验模拟3.3实验模拟

模拟装置如图8所示，左为车载端MCU（接收端），右为车站端MCU（发射端），每一个按键对应车站MCU的车辆编号输入按钮，每一个LED灯对应车载端MCU代表站点的LED灯，并且不同按钮之间不会相互影响，即分别按下②④按钮，②④LED灯点亮。如图9所示，当按下④按键时，点亮对应④LED灯，此过程表示盲人在A站输入车辆编号xxx，xxx号公交车上代表A站的LED灯被点亮，告知公交车驾驶人A站处有盲人乘车，请给予相应乘车帮助，确定车辆后语音提示盲人“已确定XX路公交车”。如图8所示，仿真设备左边是车载MCU(接收端)，右边是站载MCU(发射端)。每个按钮对应车站MCU的车号输入按钮，每个LED灯对应车载MCU代表的车站的LED灯，不同的按钮不会相互影响，即分别按下② ④按钮，②④LED灯亮起。如图9所示，当④按钮被按下时，相应的④LED灯将被点亮。此过程表示盲人在a站输入车号xxx，xxx公交车上代表a站的LED灯会亮起，告知公交车司机a站有盲人乘坐，请在上车时给予相应的帮助。车辆确认后，语音会提示盲人“XX公交车已确认”。

4结论

本文利用信号灯站端的LORA模块、RFID阅读器和LORA模块之间的信息传输来改善盲人过街的过程，从而保证盲人安全过街。通过语音提示模块、站端MCU系统、车端MCU系统中各模块的协同应用，改善盲人选择公共交通、确认车次、乘坐公共交通的流程。LORA技术应用广泛，其远距离传输、低频率、低功耗的特点大大降低了物联网数据传输的使用和维护成本。LORA技术已经成为建设智慧城市的重要组成部分。下一步要研究和模拟建立相关参数和应用条件，并将其融入物联网环境，尽快推向实践和应用。

参考

[1]何林编译。瑞士城市盲人乘客的RFID个人助理[EB/OL]。world.com.cn/2008 _ 6/20086261056235378

[2]文钟琪。舟山岛盲道使用情况的调查与思考[J].管理观察，2020 (5): 93-94。