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研究生：	林宗翰
論文名稱：	利用 RFID 感測器於室內環境之盲人導航系統 Indoor navigation system for the visually impaired using RFID
指導教授：	陳美勇 Chen, Mei-Yung
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	機電工程學系 Department of Mechatronic Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	82
中文關鍵詞：	RFID 、導盲杖、Dijkstra's演算法
英文關鍵詞：	RFID, White cane, Dijkstra’s algorithm
論文種類：	學術論文
相關次數：	點閱：220 下載：33
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本研究主要之研究目的為協助視障者在不熟悉之路途中，因為失去方向或迷路而無所適從，於是在導盲杖上設計具有偵測位置與方向之RFID感測模組，並且將路徑規劃演算法加入於系統中，提供視障者能在不熟悉環境裡找到自己所處於的位置與方向，並提供導航之功能。

一般研究上所使用的方法多利用超音波感測器判別前方障礙物距離視障者多遠，或是利用機器人導引方向，並將感測器裝置於機器人上，視障者無法有較大的行走自由度，會變得綁手綁腳，且機器人製作上價格昂貴。然而在多方面考量後，我們採用最近幾年來極為熱門且技術越來越成熟之RFID作為智慧型導盲杖感測器應用，希望能讓視障者在室內環境中自在的行走；研究中藉由手杖裝上RFID讀取器作為室內定位的設備，將室內空間地板上佈滿RFID電子標籤，依照RFID標籤之特性，每一個標籤會有一個屬於自己之辨識碼，因此經由RFID導盲杖接觸到電子標籤後，可得知視障者目前位置，若視障者迷失方位後，可透過系統之方向判別功能取得所在方向，並且將訊號回傳於系統主控端，主控端再利用所得訊號將語音透過藍芽耳機告知視障者，視障者也可依照自己想到達之位置，選擇路徑規劃之功能，系統會經由使用者之需求以Dijkstra's演算法規劃最短路徑，協助盲人快速指引最佳路徑。

The main purpose of research is to assist the visually impaired who are not familiar with environment, it would cause somebody to be confused because of losing direction. We set RFID sensor which can detect directions and the position to the white cane, and utilize the path-planning algorithm to this system. The method of research is to provide the visually impaired to find the position and the orientation, and give them the function of navigation.
Previous studies use ultrasonic sensor to detect the distance between the walker and the obstacle or to direct the route through the guidance of robots. However, the visually impaired cannot get enough freedoms from it. Moreover, the cost of the development of the robot will increase. With respect to these concerns, we apply the most popular and mature technique—RFID to the guide cane sensor, hoping to give more freedoms to the visually impaired in indoor environment. The study is to combine the RFID reader with the cane as indoor positioning device. Each RFID tag spreading elaborately in indoor floor has one specific verification number. Once the RFID guide cane touches the electronic tag, the location of the visually impaired can be identified. If the visually impaired lost his way, the direction-detect function will get a RF signal. Then, the signal will feed back to main server. The main server will inform the visually impaired via the voice system of the blue tooth device. Besides, the visually impaired can use path-planning device with synergy of Dijkstra’s algorithm that helps the visually impaired to find the shortest path.

總   目   錄
誌 謝    i
摘 要    ii
ABSTRACT     iii
總目錄     iv
圖目錄     vii
表目錄     xi
第一章  緒論      1
1.1  前言     1
1.2  文獻回顧     6
1.3  研究動機與目的     11
1.4  本論文之貢獻     11
1.5  論文架構     12
第二章  理論基礎     13
2.1  RFID系統基本概念     13
    2.1.1  RFID基本原理    14
2.2  電磁感應    16
2.3  電磁傳播    17
2.4  RFID參數簡介    19
    2.4.1  工作頻率      19
    2.4.2  有效距離    20
2.5  RFID操作頻率     23
2.6  讀取器     27
2.7  電子標籤    30
2.8  天線的操作原理    32
2.9  微波共振    35
第三章  系統設計概念與配置     36
3.1  RFID導盲杖系統設計     36
3.2  RFID導盲杖系統架構     36
3.3  RFID導盲杖系統概念     37
3.4  RFID導盲杖配置     37
3.5  RFID導盲杖系統流程描述    40
第四章  RFID導盲杖系統設計原理與路徑規劃     42
4.1  導盲杖設計      43
4.2  電子標籤距離設計      43
4.3  RFID定位      44
4.4  RFID方向判別      45
4.5 語音系統    46
4.6路徑規劃    50
    4.6.1 Dijkstra's演算法     50
    4.6.2建立障礙物    51
    4.6.3 路徑規劃    53
    4.6.4 Dijkstra's 最短路徑    54
第五章  實驗結果與討論     56
5.1  系統設備描述     56
5.2  RFID導盲系統流程    60
5.3  盲人導航系統    61
5.4  地理資訊系統    62
5.5  RFID定位與方向判斷     63
5.6  Dijkstra's 演算法路徑規劃    69
5.7  大面積導盲設計模擬    73
5.8  RFID導盲系統設備優缺點分析    76
第六章  結論與未來展望      78
參考文獻     79


圖   目   錄
圖1-1      導盲之白手杖     1
圖1-2      導盲犬     2
圖1-3   1997年全世界致盲原因與人數統計圖     3
圖1-4   導航功能腰帶用於人體避障圖     5
圖1-5   導航功能腰帶用於貨物圖    5
圖1-6：(a)色度圖(b)色彩導盲示意圖    7
圖1-7   色彩導航線    8
圖1-8   三角形定理    9
圖1-9   LANDMARC方法示意圖     10
圖1-10  被動式RFID示意圖     10
圖2-1   RFID接收訊號過程     15
圖2-2   電磁感應     17
圖2-3   電磁傳播     17
圖2-4   帝商科技的125KHz的讀取器     23
圖2-5   帝商科技的433.92 MHz的讀取器     25
圖2-6   科能公司的發卡機     27
圖2-7   UNITECH的手持式讀取器     27
圖2-8   UNITECH的固定讀取器     27
圖2-9   UNITECH的條碼列印機     27
圖2-10  讀取器讀取操作的情形     28
圖2-11  讀取器的讀寫單元方塊圖     29
圖2-12  主動式Tag的內部方塊圖     30
圖2-13  被動式Tag的內部方塊圖     32
圖2-14  Reader與Tag天線之間的操作情形     33
圖2-15  Reader與Tag天線之間的電磁感應     33
圖2-16  再分配器上具有同相功能的磁力線分佈     34
圖2-17  具有異相功能的天線之磁力線分佈     35
圖2-18  微波共振     35
圖3-1   RFID導盲杖系統配置圖     37
圖3-2   (a)、 (b)、(c)為裝置Reader後的導盲杖     38
圖3-3   標籤間距離配置     39
圖3-4   定位與方向流程圖     40
圖3-5   路徑規劃與避障流程圖     41
圖4-1   門簾桿     43
圖4-2   桿間連接處     43
圖4-3   Reader應裝置於導盲杖高度圖     43
圖4-4   標籤與標籤距離三角法     44
圖4-5   座標轉換圖     45
圖4-6   東北方向判別流程圖     46
圖4-7   東南方向判別流程圖     46
圖4-8   (a)藍芽接收器；(b)語音系統配戴圖；(c)藍芽耳機     48
圖4-9   語音之檔案路徑     49
圖4-10  時間次數與停止設定     49
圖4-11  語音系統回起點設定     50
圖4-12  路徑節點圖     50
圖4-13  障礙物分佈模型     52
圖4-14  兩頂點偵測範圍-禁止通行路徑偵測法     53
圖5-1   RFID導盲杖系統配置圖     56
圖5-2   RFID讀取器     57
圖5-3   RFID讀取器接腳圖     57
圖5-4   被動式Tag     58
圖5-5   USB-TTL轉換板     58
圖5-6   藍芽接收器     59
圖5-7   藍芽耳機     60
圖5-8   導盲系統流程圖     60
圖5-9   智慧型導盲杖系統     61
圖5-10  地理環境資訊     62
圖5-11  (a)定位示意圖；(b)實際定位圖     63
圖5-12  (a)東南方；(b)西南方；(c)東北方；(d)西北方 示意圖     63
圖5-13  (a)實際點擊上方、右方；(b)亮燈顯示之程式     64
圖5-14  (a)實際點擊上方、右上方、右方標籤；(b)亮燈顯示之程式     64
圖5-15  (a)實際點擊右方、下方標籤；(b)亮燈顯示之程式     65
圖5-16  (a)實際點擊右方、右下方、下方標籤；(b)亮燈顯示之程式     65
圖5-17  (a)實際點擊下方、左方標籤；(b)亮燈顯示之程式     66
圖5-18  (a)實際點擊下方、左下方、左方標籤；(b)亮燈顯示之程式     66
圖5-19  (a)實際點擊下方、左方標籤；(b)亮燈顯示之程式     67
圖5-20  (a)實際點擊下方、左下方、左方標籤；(b)亮燈顯示之程式     67
圖 5-21  (a)路徑起點 (b)路徑第二點(c)路徑第三點(d)路徑終點     70
圖5-22  (a)6X6之障礙物地圖；(b)設定起點；(c)路徑第二點；(d)路徑第三點；(e)路徑第四點；(f)語音告知轉彎；(g)路徑第五點；(h)路徑終點     71
圖5-23  (a)路徑起點；(b)路徑第二點；(c) 路徑第三點語音告知前方有障礙物；(d)路徑第四點；(e)路徑第五點 ；(f)路徑第六點語音告知轉彎處；(g)路徑第七點；(h)路徑第八點；(i)路徑終點     72
圖5-24  100x100最短路徑地圖     73
圖5-25  位於日本東京的盲人美術館     73
圖5-26視障圖書館     74
圖5-27  醫院平面圖     75
圖5-28  利用Dijkstra's 演算法規劃出最短路徑圖     75
圖5-29  藝術館平面圖     76
圖5-30  利用Dijkstra's 演算法規劃出藝術館最短路徑圖     76


表   目   錄
表2-1    RFID系統參數範例表     21
表2-2    目前RFID的操作頻帶與特性比較     26
表5-1    利用RFID設備使用於導盲系統之比較     77

                                

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[24]http://zh.wikipedia.org/wiki/迪科斯彻算法?&lang=zh_tw&output=json
[25]http://gnae.ntue.edu.tw/art_portal/index.php?option=com_content&view=a rticle&id=759:2011-04-24-06-33-02&catid=118:admin&Itemid=177
[26] http://140.123.21.26/disable/

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