Arduino 驱动的“第三只眼”：盲人辅助导航可穿戴设备

组件与物料清单

组件	数量	备注
SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	5	每个模块一块
超声波传感器	5	HC-SR04 或同类
万能板	5
振动马达	5	触觉反馈
蜂鸣器	5	声音反馈
5mm 红色 LED	5	视觉指示
滑动开关	5	选择蜂鸣/振动模式
母排针 8P 单排 (2.54mm)	2
公排针 40P 单排 (2.54mm)	2
跳线（通用）	4
移动电源	1	供 4 个模块
3.7V 锂聚合物电池	1	手部模块供电
弹性带与贴纸	1套	制作佩戴绑带

所需工具

• 电烙铁（通用）
• 热熔胶枪（通用）

应用与在线服务

• Arduino IDE

项目简介

• 首个面向盲人的可穿戴技术
• 利用超声波检测障碍物
• 通过振动/蜂鸣声提醒用户

“第三只眼”帮助盲人以速度和信心导航，利用超声波检测周围障碍物，通过蜂鸣声或振动通知。用户只需将其作为头带或衣物佩戴。

据 WHO 估计全球约 3900 万盲人。他们在日常生活中面临巨大困难。传统白手杖虽有效但缺点多：易折断、卡在路面缝隙。导盲犬成本极高（约 4.2 万美元/28 万人民币）。现有智能设备（如盲人手电筒）也存在不易携带、需大量训练等通病。本项目旨在开发廉价高效的辅助方案，帮助视障者更舒适、快速、自信地导航。

第一步：现有方案

• 白手杖
• 导盲犬
• 智能设备（如盲人手电筒）

现有方案的问题

• 白手杖 —— 易折断/损坏，易卡在路面裂缝或物体上。
• 导盲犬 —— 成本巨大（约 $42,000 / 28 万人民币）。
• 共同缺点（含智能设备）不易携带，需大量训练才能使用

“第三只眼”特点： 佩戴后可完全弃用白手杖等设备。帮助盲人无需手持手杖即可导航（手杖对他们颇烦人）。只需像穿衣服一样佩戴，功能极准确，极少训练即可上手。

第二步：项目完整描述

我设计了一个基于 Arduino 的特殊可穿戴设备，可像衣服一样穿在盲人身上。设备包含 5 个超声波传感器模块，分别固定在身体不同部位：双肩各一、双膝各一、一只手上。利用 5 个超声波传感器，盲人可获得周围五维方向的障碍物感知，轻松前往任何地方。当超声波传感器检测到障碍物，设备通过振动和蜂鸣声提醒用户。振动强度和蜂鸣频率随距离减小而增强，全自动运行。

功能改进方向：

整个项目可做成夹克形式，无需逐个佩戴模块。 使用专用 PCB 替代 Arduino 及高质量超声波传感器，可获得更快响应，使设备在拥挤环境下也能工作。

第三步：在视障人士协助下成功测试

详见我校科技老师的 FB 帖子。

获奖情况：

• PPT 创新奖一等奖
• 州级科技展二等奖（喀拉拉邦政府主办）

第四步：原型制作 —— 用料清单

材料

• 5 × Arduino Pro Mini
• 5 × 超声波传感器
• 5 × 万能板
• 5 × 振动马达
• 5 × 蜂鸣器
• 5 × 红色 LED
• 5 × 滑动开关
• 公/母排针
• 4 × 跳线
• 1 × 移动电源
• 1 × 3.3V 旧手机电池
• 弹性带与贴纸（制作佩戴绑带）

第五步：电路图

接线说明

• LED、蜂鸣器、振动马达负极接 Arduino GND
• LED 正极和开关中间脚接 Arduino 引脚 5
• 蜂鸣器正极接开关第一脚
• 振动马达正极接开关第三脚
• 超声波传感器 VCC 接 Arduino VCC
• 超声波传感器 GND 接 Arduino GND
• 超声波传感器 Trig 接 Arduino 引脚 12
• 超声波传感器 Echo 接 Arduino 引脚 10（原文写 12，实为 10）

开关用于选择模式（蜂鸣器或振动模式）。

图 2 —— 模块供电：4 个 Arduino Pro Mini 接 USB 公头插移动电源。手部模块用小锂电池供电。

第六步：制作模块

• 先将万能板剪成 5×3 cm，焊接母排针座 Arduino。
• 焊接蜂鸣器。
• 用热熔胶固定振动马达并焊接导线。
• 焊接 LED。
• 焊接开关。
• 焊接超声波传感器和电池输入的排针。
• 按电路图焊接所有连接。
• 插上 Arduino 和超声波传感器。

给所有模块连上弹性绑带。

另外 3 个模块按上述相同方式制作，但手部模块有细微差别，请看下一步再做最后那个模块。

第七步：代码 + 手部模块制作

• 用 4 根跳线将超声波传感器连到板子上。
• 连接 3.7V 手机电池给该模块供电。
• 按图连接弹性绑带。

最后将代码烧录进每块 Arduino，给其他 4 个模块接上移动电源供电。

Arduino 代码：

//VISIT : www.robotechmaker.com
const int pingTrigPin = 12; // Trigger connected to PIN 12
const int pingEchoPin = 10; // Echo connected to PIN 10
int buz = 5; // Buzzer to PIN 5

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buz, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, cm;
  pinMode(pingTrigPin, OUTPUT);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pingTrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  pinMode(pingEchoPin, INPUT);
  duration = pulseIn(pingEchoPin, HIGH);
  cm = microsecondsToCentimeters(duration);
  if(cm <= 50 && cm > 0) {
    int d = map(cm, 1, 100, 20, 2000);
    digitalWrite(buz, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(buz, LOW);
    delay(d);
  }
  Serial.print(cm);
  Serial.print("cm");
  Serial.println();
  delay(100);
}

long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {
  return microseconds / 29 / 2;
}

Third_eye_for_blinds.ino

代码

Arduino 代码 C/C++

//VISIT : www.robotechmaker.com
const int pingTrigPin = 12; // Trigger connected to PIN 12
const int pingEchoPin = 10; // Echo connected to PIN 10
int buz = 5; // Buzzer to PIN 5

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buz, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, cm;
  pinMode(pingTrigPin, OUTPUT);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pingTrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  pinMode(pingEchoPin, INPUT);
  duration = pulseIn(pingEchoPin, HIGH);
  cm = microsecondsToCentimeters(duration);
  if(cm <= 50 && cm > 0) {
    int d = map(cm, 1, 100, 20, 2000);
    digitalWrite(buz, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(buz, LOW);
    delay(d);
  }
  Serial.print(cm);
  Serial.print("cm");
  Serial.println();
  delay(100);
}

long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {
  return microseconds / 29 / 2;
}

原理图