一種帶GPS定位功能的智能導(dǎo)盲裝置的設(shè)計(jì)

王曉蘭

摘要：該設(shè)計(jì)的主控芯片選取的是STC89C52，結(jié)合GPS定位模塊、GSM短信發(fā)送模塊、超聲波測(cè)距模塊、MP3播放模塊、LM386音頻放大電路、震動(dòng)電機(jī)、光敏LED電路等組成硬件電路。編寫c程序，完成智能導(dǎo)盲功能。

關(guān)鍵詞：STC89C52；GPS定位；GSM；超聲波測(cè)距

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）28-0258-02

視覺障礙的人數(shù)量眾多，安全出行已成為他們的最大難題。功能豐富的智能導(dǎo)盲裝置，可以最大限度地滿足盲人的出行需求，對(duì)于如今高速發(fā)展的社會(huì)來說，功能強(qiáng)大的智能導(dǎo)盲裝置將會(huì)是盲人的第一選擇。

1 智能導(dǎo)盲裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容

本智能導(dǎo)盲裝置利用超聲波來對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，會(huì)將信息以語音提示及震動(dòng)的方式來提醒盲人進(jìn)行避讓，為了更大程度上滿足盲人出行，該裝置上安裝了光敏LED燈，當(dāng)盲人處于光線昏暗的環(huán)境中時(shí)，LED燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，以此來給路人提示。當(dāng)盲人遇到緊急情況時(shí)，可通過特定按鈕將自己的GPS定位地理位置信息發(fā)送到指定的手機(jī)，讓家人第一時(shí)間收到消息并提供幫助。

2 系統(tǒng)組成及原理

智能導(dǎo)盲裝置硬件電路主要由電源電路、GPS定位模塊、CSM短信發(fā)送模塊、超聲波模塊、震動(dòng)模塊、MP3播放模塊、LM386音頻放大電路、LED燈示警電路等組成。電路框圖如圖1所示。

主控芯片將超聲波所獲取的障礙物信息進(jìn)行處理后，把指令發(fā)送給震動(dòng)模塊和MP3播放模塊，震動(dòng)模塊得到指令之后，震動(dòng)電機(jī)震動(dòng)，MP3播放模塊得到指令后播放指定的提示信息，該提示信息通過LM386音頻放大電路放大后播報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)語音提示的功能。對(duì)于定位信息發(fā)送系統(tǒng)，它由GPS定位模塊和GSM短信發(fā)送模塊組成，主控芯片將把從GPS定位模塊所獲得的地理位置信息進(jìn)行處理后通過GSM短信發(fā)送模塊發(fā)送到指定的手機(jī)。同時(shí)，主控芯片還控制著一個(gè)LED燈的點(diǎn)亮，通過光敏電阻阻值變化而產(chǎn)生的高低電平，從而實(shí)現(xiàn)LED燈的點(diǎn)亮和熄滅。

3 電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的控制芯片是STC89C52單片機(jī)，這是一款低功耗、高性能的微控制器，結(jié)合其他功能電路，實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)盲功能。

3.1 超聲波測(cè)距電路

超聲波測(cè)距電路采用超聲波模塊HC-SR04，包含超聲波發(fā)射器、超聲波接收器和控制電路。測(cè)量距離為2cm-400cm，測(cè)量誤差為3mm。超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)，接收器會(huì)檢測(cè)是否有超聲波信號(hào)返回，當(dāng)檢測(cè)到有信號(hào)返回時(shí)，ECHO口會(huì)輸出一個(gè)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)量距離=（高電平時(shí)間*超聲波傳播速度340M/S）/2。

超聲波的其聲速 c 與溫度有關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度波動(dòng)很大時(shí)，就需要進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償。為了提高測(cè)量精度，本設(shè)計(jì)加入了溫度補(bǔ)償，使用18b20溫度傳感器，該傳感器可測(cè)溫度范圍為-55℃～+125℃，精度可達(dá)±0.5℃，抗干擾能力強(qiáng)。溫度傳感器將獲取的溫度值發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得更加精確的距離。電路中溫度傳感器模塊接單片機(jī)P21腳，超聲波模塊中發(fā)射腳接單片機(jī)的P23腳，接收腳接外部中斷0 P32腳。

3.2 語音播報(bào)模塊

語音播報(bào)模塊采用的GD5801 完美地集成了 MP3、WMV 的硬解碼，本質(zhì)上是一款提供串口的 MP3 芯片。使用簡(jiǎn)易的串口指令就能夠?qū)崿F(xiàn)所要播放的音樂和播放音樂的方式等功能，操作簡(jiǎn)單且穩(wěn)定可靠。另外該芯片也是深度定制的產(chǎn)品，專為固定語音播放領(lǐng)域開發(fā)的低成本解決方案。

單片機(jī)控制MP3芯片輸出音頻信號(hào)，MP3芯片可以讀取TFT卡中的音頻文件，然后進(jìn)行播放。由于MP3芯片輸出音頻過小，所以將MP3芯片輸出的信號(hào)輸入給LM386音頻放大電路，音頻信號(hào)經(jīng)過放大后進(jìn)行播放，完成語音播報(bào)提示。

3.3 GPS定位模塊

GPS定位模塊所選取的VK2828U7G5LF模塊，當(dāng)GPS模塊通電后，模塊上會(huì)亮起一盞紅燈（power）；當(dāng)GPS模塊連接到衛(wèi)星時(shí)，模塊上會(huì)有一盞綠燈（pps）閃爍，表示定位成功。GPS通過與衛(wèi)星相連后，可獲得當(dāng)前時(shí)間，所處位置的經(jīng)度和緯度信息，隨后GPS定位模塊通過串口與單片機(jī)相連，將所處位置信息發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。

3.4 GSM短信發(fā)送模塊設(shè)計(jì)

GSM短信發(fā)送模塊采用的是SIM800H。在GSM模塊中需要放入除電信之外的一張SIM卡（推薦使用移動(dòng)），當(dāng)GSM模塊通過串口與單片機(jī)連接后，單片機(jī)會(huì)將GPS模塊所獲取到的位置信息進(jìn)行處理后通過GSM模塊將信息發(fā)送給指定的手機(jī)。其中手機(jī)號(hào)碼可以通過更改程序中的代碼進(jìn)行替換。程序代碼如下：

#define SEND_MESSA_TO_YOUR "at+cmgs=＼"17712654483＼"＼r＼n" //填入接收信息的手機(jī)號(hào)碼

如果要更換緊急聯(lián)系人號(hào)碼，只需要將號(hào)碼替換后重新燒寫程序到單片機(jī)中即可。

3.5 模擬開關(guān)

因?yàn)镚PS模塊、MP3模塊和GSM模塊都需要通過串口與單片機(jī)相連，且單片機(jī)只有兩個(gè)串口，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)模擬開關(guān)MAX4052來連接著三個(gè)模塊，通過4052_B-1和4052_A-1分別控制從而實(shí)現(xiàn)各模塊在特定時(shí)間內(nèi)與單片機(jī)相連。

模擬開關(guān)在程序中分別定義GPS模塊、GSM模塊、MP3模塊的工作狀態(tài)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)在特定情況下使三個(gè)模塊分別于單片機(jī)相連。

3.6 光敏電阻點(diǎn)亮LED電路

光敏電阻來點(diǎn)亮LED電路，它可以在盲人處于光線昏暗的環(huán)境中時(shí)點(diǎn)亮LED燈，給路人提示。電路中通過電壓比較器LM393對(duì)正反向輸入電壓進(jìn)行比較，當(dāng)光敏電阻由于光線變化而發(fā)生阻值變化后，比較器輸出不同高低電平并將高電平信號(hào)送到單片機(jī)，從而達(dá)到控制LED燈的點(diǎn)亮和熄滅的目的。

3.7 震動(dòng)提示電路

震動(dòng)提示是為了保證當(dāng)盲人處于嘈雜環(huán)境中，聽不到語音報(bào)警而設(shè)計(jì)的，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，智能導(dǎo)盲裝置會(huì)先進(jìn)行震動(dòng)提示，隨后播報(bào)語音提示。用一個(gè)PNP型的三極管S8550來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)單片機(jī)收到超聲波模塊發(fā)送的報(bào)警信號(hào)后，單片機(jī)通過P0口將指令發(fā)送到震動(dòng)提示模塊，收到指令后，三極管導(dǎo)通，電機(jī)震動(dòng)。

整體硬件電路圖及各個(gè)模塊電路與單片機(jī)之間的電氣連接如圖2所示。

4 軟件設(shè)計(jì)方案

本智能導(dǎo)盲裝置主要使用c語言編程進(jìn)行軟件部分的設(shè)計(jì)，對(duì)各部分功能進(jìn)行編譯后再整合就可以獲得完整的功能。軟件流程圖如圖3所示。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的帶GPS的智能導(dǎo)盲裝置考慮的安全因素齊全，采用先進(jìn)的超聲波技術(shù)和GPS定位技術(shù)，通過聲、光、震動(dòng)，和短信報(bào)警等安全措施，可以有效地為視障人士進(jìn)行導(dǎo)盲，提高其出行安全系數(shù)。

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