随着科技的飞速发展，2025年导盲机器人行业技术取得了显著进展。在当今社会，盲人数量占据着一定比重，据统计，每年都会出现大批新的盲人以及大量弱视力者。如何借助先进技术帮助这一弱势群体，成为了社会关注的焦点。导盲机器人的出现，为盲人的出行和生活带来了新的希望。

  一、导盲机器人的整体架构与功能

  导盲机器人具备一套完善的整体架构，其功能丰富多样，旨在为盲人提供全方位的帮助。系统结构主要包含电源输入、蜂鸣器、红外传感器(用于黑线循迹和障碍物感知)、STM32F103RCT6 微控制器、光敏电阻(实现灯光交互)以及 WiFi 视频传输等部分。

  循迹功能：微控制器借助红外发射器，能够精准对路上的黑线进行循迹，从而使导盲机器人可按照指定路线前行。比如，在特定盲道上，机器人能通过此功能稳定行进。

  避障功能：当在规划好的行进路线上遭遇突发状况，如遇到障碍物时，红外传感器会依据特定算法与电路执行避障策略。同时，若红外发射器发出的红外线被障碍物反射回来，系统在执行避障动作的同时，与之相连的蜂鸣器会发出嗡嗡声，及时提醒盲人注意避障。此外，若路上行人过多，除蜂鸣器报警外，灯光交互模块会因光线变化发射不同灯光，以提示路人注意避让正在避障的盲人。

  远程控制功能：若盲人外出时间过长，家人可通过手机端连接导盲机器人的无线模块，手动控制机器人引领盲人回家。而且，一旦路线偏航，家人能通过手机 APP 端打开机器人上的摄像头，利用机器人在指定路线行驶的特点，根据手机端显示的环境检测盲人所处位置。

  二、导盲机器人的硬件设计实现

  (一)微控制器的选用

  《2025-2030年全球及中国导盲机器人行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，导盲机器人的微控制器采用 STM32F103RCT6，它利用自身的数字引脚和模拟引脚来读取传感器数据并控制各个模块，为机器人的稳定运行提供了核心支持。

  (二)红外循迹模块

  该模块通过单片机电平的高低自动反应循迹过程。将左右循迹红外探头的输出端连接到单片机的 PB14 与 PB13 串口，通过读取这两个接口的数值来控制驱动模块。例如，若 PB14 检测到黑线，小车就会通过控制电机接口状态实现左转，即让左侧车轮停止，右侧车轮保持转动。同时，避障用的两个红外传感器输出口连接到 PA4 与 PA5 接口，蜂鸣器接口连接到 PB12 接口。通过读取 PA4 和 PA5 端口状态改变小车转向，与循迹时左转方式不同，避障时左转是通过改变左侧车轮旋转方向实现。将蜂鸣器接入单片机，并编写在避障程序中，使其与电机正反转处于同一控制级别，当遇到障碍物，单片机的 PB12 口输出低电平使蜂鸣器工作。此外，灯光交互模块运用光敏电阻，连接到单片机的 PA6 接口，LED 连接到能控制 PWM 输入的串口，从而实现小车亮度的改变。

  (三)红外避障模块

  导盲机器人采用红外传感与超声波模块相结合的避障方式，充分发挥两大避障模块的优势，实现互补，使避障功能更实用、更安全。左右避障红外线传感器中，v1 作为红外线接地发射器，通电后持续发射红外线，v3 为红外接收器，接收到红外线时电阻变小，根据串联分压原理，当接收到红外光，v3 电阻变小，输出分压变小，3 引脚输入电压小于 2 脚输出电压，根据比较器原理，1 管脚输出低电平，D3 变亮;若无障碍物，则相反，1 口输出高电平，D3 熄灭。变阻器可改变车上的灵敏度。此外，超声波避障模块同样有 4 个接口，与红外避障共同保障导盲机器人的安全行进。

  (四)灯光交互模块

  此模块由光敏传感器与 LED 灯串接而成的电路连接在单片机管脚上。光敏电阻具有光照越强电阻越小的特性，因此在光照环境好时，LED 灯亮度变亮;在光照环境差的地方，电阻较大，LED 灯发射近光灯。当与 LED 灯端口相连的单片机管脚发出低电平时，电路形成电流，LED 灯发光。其编程类似于蜂鸣器模块，先定义 LED 占用端口，在小车遇到障碍物时发出低电平让 LED 点亮，通过改变高低电平占空比实现亮暗变化。

  (五)蜂鸣器模块

  导盲机器人采用有源式蜂鸣器，内部设置有振荡、驱动等电路，使用时较为省事，缺点是频率固定。只要为其提供电源就能发声。在本系统中，单片机在 p12 端口输入低电平，使发射集与集电极联通，vccbat 发出的高电平无需通过三极管接地即可形成电流回路，蜂鸣器发声，主要用于在输入低电平时产生声音提醒盲人。

  (六)电机驱动模块

  电机驱动模块的电源设计方案有多种选择，采用太阳能锂电池供电具有诸多优势，如可持续供电、充分利用太阳能源、供电平稳、时钟频率不受交流电干扰且存储量大。相比之下，干电池供电时间短且电流供应不平稳。本模块采用 L298N 芯片控制，在系统中使用 4 个输入口和 2 个输出口。四个输入口通过单片机检测端口电平实现控制，输出口通过检测电平高低控制电机正转反转来实现转弯。机器人转弯设计了两个方案，一是通过控制两个车轮速度形成速度差，如左转采用 PWM 算法使左车轮慢下来，右转同理;二是通过复位与置位算法，左转时通过置位高电平让左车轱辘停止，右车轱辘保持原有速度。

  (七)手机画布与摄像头连接功能

  在手机端，首先要在 Android Studio 上对屏幕布局进行精心构思与设计，不仅要实现对导盲机器人摄像头的监控，还要实现对机器人的控制。因此，在设计画布时设置了多个按键。将摄像头通过 USB 接口连接到无线模块并通电，由于开发板 VCC 与 GND 被占用，采用将电池引出公对公杜邦线的方式为 WiFi 模块开发板供电(该无线模块工作电压为 5V 上下 10%，两节电池串联供电效果较好)。手机连接到无线模块发出的无线信号，即可通过设计的 APP 进行连接。在建立与摄像头连接时，需获取摄像头的 IP 地址，利用 TCP/IP 协议将其数据传输到已布置好的画布上。手机 APP 的功能是将摄像头采集到的数据一帧一帧地显示出来。

  三、导盲机器人的调试与总结

  (一)调试项目

  驱动模块调试：完成导盲机器人项目后，首先要确保机器人能够正常行走，即驱动模块能使小车运行。测试时将驱动与车轮连接，安装好锂电池，打开开关，烧入简单程序，观察小车是否可移动，若能移动则驱动模块连接成功，否则说明小车驱动存在问题。

  循迹模块调试：在小车进行黑白线循迹时，先在地上贴上黑色胶带，将循迹程序烧入单片机，观察小车是否能在黑线上循迹，若能成功在黑线上行走，则循迹功能正常。

  避障模块调试：当小车在既定道路上行走时，将避障程序烧录到微控制器中，在路线上放置高于小车高度的障碍物(如盒子、书本)，若小车碰到障碍物能进行避障动作，则回位避障系统模块正常，否则需排查问题。

  蜂鸣器模块调试：将蜂鸣器连接到电路并烧入程序，当前方有障碍时蜂鸣器应报警。一般先进行端口配置，再初始化，配置好时钟周期，使蜂鸣器能每隔一段时间发出声音。

  光敏传感器调试：先记录原始亮度，用手机手电筒照向光敏传感器，此时小车指示灯应变亮，若未变亮，用黑布料覆盖光敏电阻，通过万用表查看阻值，根据指针摇摆幅度判断光敏传感器好坏。

  红外传感模块调试：将手放到小车前面，若指示灯亮，说明红外传感器正常，若不亮，最好烧录程序后进一步判断，也可检查电路电压。

  (二)系统功能测试

  将小车组装好并烧录循迹程序，在地上贴好黑线，小车可沿着黑线匀速前进，成功实现循迹功能。

  烧录相关避障代码到单片机后，在小车正前方放置障碍物(如一本书或用手阻挡)，小车能够实现避障动作。

  当小车遇到障碍物时，不仅能进行避障，蜂鸣器也能同时进行播报提醒。

  在不同光线环境下测试小车二极管发光亮度，发现小车在光线差的地方发射近光灯，在光线亮时发射远光灯，完美实现预期功能。

  (三)测试问题及解决方法

  在进行 WiFi 控制时，若手机 APP 无法打开小车前的摄像头，原因可能是未与控制摄像头的无线模块连接，且 WiFi 模块未供电。起初采用 USB 接口与数据线连接插头供电，但因手机 WiFi 模块无稳压电路而失败，后采用杜邦线连接 STM32 单片机的 VCC 与 CND，实现了 WiFi 控制，通过无线模块发出的 WiFi 连接手机可查看小车周边环境。小车运动时若速度太快导致不能按指定路线行走，可换成两轮驱动减小马力，也可在程序中修改小车速度。若红外传感在开始行走时不够灵敏，可将传感器由横着放改为竖着放，或更换反应更灵敏、探测距离更远的探头。若循迹过程中小车不循迹，可能是传感器灵敏度受光线影响，需在不同地方进行调试。

  2025年的导盲机器人在技术设计上已取得了一定成果，通过多种功能模块的协同工作，为盲人出行提供了有效的帮助。从整体架构到硬件实现，再到调试与测试，每个环节都紧密相连，致力于提升导盲机器人的性能和实用性。然而，在实际应用中仍面临一些问题，需要进一步优化和改进。未来，随着技术的不断发展，导盲机器人有望在功能完善、稳定性提升以及成本控制等方面取得更大突破，更好地服务于广大盲人，改善他们的生活质量，为社会的包容性发展贡献更多力量。