盲人智能导航拐杖：Arduino + 1Sheeld + 超声波 + GPS短信求助

组件与物料清单

软件与APP

• Arduino IDE
• 1Sheeld手机APP（需安装在Android手机，开启GPS与短信权限）

项目背景

看到视障人士仅凭传统白色长杖艰难避让路面坑洼、台阶，触动我开发此原型。虽非电子专业，但利用网络资源与1Sheeld平台，历时6个月完成毕设。核心创新：双超声波检测高低障碍 + 手机GPS定位 + 一键短信求助。

步骤1：供电系统

9V电池经USB转接板供电Arduino。已知不足：续航短，后续应加装太阳能板或改用锂电池组。

步骤2：蓝牙连接与APP配置

上电后，监护人需在手机开启1Sheeld APP，启用GPS Shield与SMS Shield。视障者无法操作手机，未来需开发盲文键盘或语音唤醒方案。

步骤3：障碍检测与振动反馈

两个HC-SR04分别安装在拐杖上端(检测胸部高度障碍)和下端(检测地面坑洼/台阶)：

• 下端传感器：距离>40cm持续振动提醒
• 上端传感器：距离<100cm间歇振动(200ms on/off)

振动马达内置PVC管内，用户手握即可感知。检测阈值可在代码中调整。

步骤4：GPS定位与紧急求助

拨动开关按下(读取为低电平)触发求助：

1. 读取手机GPS经纬度
2. 生成Google Maps链接
3. 发送短信至预设号码(监护人/救援)

拐杖长度可按用户身高调节，检测距离阈值代码可改。

步骤5：展望与反思

希望原型能商业化造福视障群体。受限于英语水平与学生身份，文档不完善，相关资料见附件链接(FYP文档、海报、演示视频)。

核心代码

#define CUSTOM_SETTINGS
#define INCLUDE_GPS_SHIELD
#define INCLUDE_SMS_SHIELD
#include <OneSheeld.h>
#include <string.h>

#define trigPinL 4
#define echoPinL 5
#define trigPinH 6
#define echoPinH 7
#define Vib1 12
#define Vib2 13
#define SW 8

boolean isInRange = false;
float lat, lon;
String PhoneNumber = "0134087286";  // 修改为监护人号码
String Message, Message1, Message2;
char latitude[10], longitude[10];

void setup() {
  pinMode(trigPinL, OUTPUT); pinMode(echoPinL, INPUT);
  pinMode(trigPinH, OUTPUT); pinMode(echoPinH, INPUT);
  pinMode(Vib1, OUTPUT); pinMode(Vib2, OUTPUT);
  pinMode(SW, INPUT_PULLUP);  // 建议上拉
  
  OneSheeld.begin();
}

void loop() {
  // 读取下端超声波
  digitalWrite(trigPinL, LOW); delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPinL, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPinL, LOW);
  long durationL = pulseIn(echoPinL, HIGH);
  long distanceL = (durationL / 2) / 29.1;

  // 读取上端超声波
  digitalWrite(trigPinH, LOW); delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPinH, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPinH, LOW);
  long durationH = pulseIn(echoPinH, HIGH);
  long distanceH = (durationH / 2) / 29.1;

  // 下端：>40cm 持续振动(无障碍时提醒? 逻辑似反,建议<40cm振动)
  if (distanceL > 40) digitalWrite(Vib1, HIGH);
  else digitalWrite(Vib1, LOW);

  // 上端：<100cm 间歇振动
  if (distanceH < 100) {
    digitalWrite(Vib1, HIGH); delay(200);
    digitalWrite(Vib1, LOW); delay(200);
  }

  // 紧急求助按键检测(低电平触发)
  if (digitalRead(SW) == LOW) {
    lat = GPS.getLatitude();
    lon = GPS.getLongitude();
    Message1 = String(lat, 8);
    Message2 = String(lon, 8);
    Message = "I need Help! I'm at latitude: " + Message1 + 
              " and longitude: " + Message2 +
              " Google Maps - https://www.google.co.in/maps/place/" + 
              Message1 + "," + Message2;
    SMS.send(PhoneNumber, Message);
    delay(3000);  // 防抖
  }
  delay(1000);
}

原理图文件

OneSheeldTONGKAT.fzz (Fritzing源文件)

改进建议

• 供电：加装18650锂电池+TP4056充电板+太阳能板
• 交互：增加蜂鸣器语音播报距离/方向，或骨传导耳机
• 手机依赖：改用ESP32内置WiFi/BLE+GPS模块，脱离手机独立运行
• 结构：集成PCB、3D打印外壳，提升耐用度与美观
• 算法：融合IMU姿态判断跌倒自动报警