• 基于 STM32 的智能导盲拐杖系统
• 一、系统功能总览
• 二、核心模块选型对比
  • 2.1 主控模块选型
  • 2.2 超声波模块选型
  • 2.3 摄像模块选型
  • 2.4 GPS 模块选型
  • 2.5 GSM 模块选型
• 三、系统接线总表
• 四、系统软件设计
  • 4.1 主程序流程
  • 4.2 超声波测距
  • 4.3 水位检测
  • 4.4 K210 红绿灯识别
  • 4.5 SIM800C 短信报警
• 五、系统实现与测试
  • 5.1 硬件焊接与测试
  • 5.2 软件调试
  • 5.3 功能测试结果
• 六、总结

基于 STM32 的智能导盲拐杖系统设计

为视障人士提供更智能的出行辅助一直是社会关注的重要议题。本文介绍一种基于 STM32F103C8T6 主控的智能导盲拐杖系统，整合 HC-SR04 超声波测距、GL5528 光敏电阻、SR-01 水位、K210 摄像、ATGM336H GPS、JR6001 语音、SIM800C GSM 通信与蜂鸣器报警模块，能够进行障碍物提示、低光自动补光、水位预警、红绿灯状态识别与 GPS 路线导盲，并在紧急情况下向家人发送定位短信。

一、系统功能总览

功能编号	功能名称	说明
F1	障碍物检测	HC-SR04 距离监测
F2	光强补光	GL5528 + 自动 LED
F3	水位预警	SR-01 检测涉水水位
F4	红绿灯识别	K210 摄像识别并语音播报
F5	GPS 定位	ATGM336H 路线导盲
F6	路线存储	三条预设路线切换
F7	语音播报	JR6001 输出语音提示
F8	紧急报警	SIM800C 短信 + 经纬度

二、核心模块选型对比

2.1 主控模块选型

方案	型号	优势
方案 1	STM32F103C8T6	多 UART / I2C / SPI
方案 2	NXP LPC1768	资源多但开发资料偏少

选择方案 1：需驱动 GPS、GSM、语音、摄像多个串行模块。

2.2 超声波模块选型

方案	模块	量程
方案 1	HC-SR04	2~400 cm
方案 2	GROVE-Ultrasonic	3~500 cm

选择方案 1：成熟度高、成本友好。

2.3 摄像模块选型

方案	模块	说明
方案 1	K210	内置 KPU，TOPS 量级推理
方案 2	Xilinx Zynq-7000	性能更高但功耗偏大

选择方案 1：功耗与开发便利性更平衡。

2.4 GPS 模块选型

方案	型号	卫星系统
方案 1	ATGM336H	GPS + 北斗
方案 2	NEO-6M	GPS

选择方案 1：国内北斗信号支持更佳。

2.5 GSM 模块选型

方案	型号	说明
方案 1	SIM800C	GSM/GPRS
方案 2	SIM7000	4G LTE，价格较高

选择方案 1：短信功能对本应用足够。

三、系统接线总表

模块	引脚	单片机端	备注
HC-SR04	VCC/GND/TRIG/ECHO	5 V / GND / PA0 / PA1	GPIO
GL5528	VCC/GND/AO	3.3 V / GND / PA2 (ADC)	分压
SR-01	VCC/GND/AO	5 V / GND / PA3 (ADC)	电极探针
K210	VCC/GND/TX/RX	3.3 V / GND / PA5 / PA4	UART
ATGM336H	VCC/GND/TX/RX	3.3 V / GND / PA10 / PA9	UART
JR6001	VCC/GND/TX/RX	5 V / GND / PA7 / PA6	UART
SIM800C	VCC/GND/TX/RX	4 V / GND / PA8 / PB0	UART
OLED12864	VCC/GND/SCL/SDA	3.3 V / GND / PB6 / PB7	I2C
LED 补光	+/PWM-	PB1 / GND	PWM
蜂鸣器	+/-	PB5 / GND	三极管

四、系统软件设计

4.1 主程序流程

int main(void)
{
    SystemInit();
    HC_SR04_Init();
    GL5528_Init();
    SR01_Init();
    K210_Init();
    GPS_Init();
    JR6001_Init();
    SIM800_Init();
    OLED_Init();

    while (1)
    {
        u16 dist = HC_SR04_Get();
        u16 lux  = GL5528_Read();
        u16 water = SR01_Read();
        TrafficLight_State st = K210_DetectTraffic();

        if (dist < SAFE_DIST) Beep_On();
        if (lux  < LIGHT_LO) LED_On();
        if (water > WATER_LO) JR6001_PlayAlarm();
        if (Key_NaviPressed()) PlayRoute(Key_RouteIdx());

        if (Key_AlarmLongPress(3))
        {
            char *sms = BuildSMS(GPS_GetLatLon());
            SIM800_SendSMS(FAMILY_PHONE, sms);
        }
    }
}

4.2 超声波测距

Trig 输出 10 μs 脉冲 → 计时 Echo 高电平 → 距离 = 高电平时间 × 声速 / 2。

4.3 水位检测

SR-01 输出模拟电压，ADC 多次采样取平均后转换为水位百分比。

4.4 K210 红绿灯识别

K210 通过 UART 反馈识别结果，如 RED 32（红灯剩余 32 秒）。

4.5 SIM800C 短信报警

发送 AT 指令 AT+CMGS="138xxxxxxxx"、短信正文与终止符 0x1A，通知家人当前经纬度。

五、系统实现与测试

5.1 硬件焊接与测试

K210 模块尽量紧贴摄像头；GPS 天线朝上；GSM 模块使用 4 V 单独供电。

5.2 软件调试

Keil 5 + ST-Link，结合串口助手观察 GPS 报文与 SIM800C 返回的 OK。

5.3 功能测试结果

测试项目	操作	结果
障碍物报警	30 cm 距离	蜂鸣器响
补光	遮蔽光敏电阻	LED 亮起
水位预警	模拟水深	语音报警
红绿灯识别	摄像头识别绿灯	语音播报 “绿灯 30 秒”
紧急短信	长按报警键	家人收到 GPS 位置

六、总结

本文提出的智能导盲拐杖系统以 STM32F103C8T6 为控制核心，集成超声波、光敏、水位、K210 摄像、GPS、语音与 GSM 通信。整套方案在结构上以分层模块设计，方便维护与扩展，能够为视障人士出行提供完整的感知、语音反馈、定位导航与紧急联络能力，同时也可作为高校嵌入式与物联网课程的综合性项目范例。

七、资料内容完整工程资料（原理图、PCB、代码、元件清单）

八、资料获取方式