林德峰，喬 恒,房 強(qiáng)，陸柏成,孫克偉*（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院,山東 榮成 264300）

光電智能定位導(dǎo)盲器

林德峰，喬 恒,房 強(qiáng)，陸柏成,孫克偉*
（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院,山東 榮成 264300）

摘 要：隨著科技的發(fā)展越來(lái)越多的導(dǎo)盲產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上，例如盲杖、導(dǎo)盲犬等，但是因?yàn)榉N種原因這些產(chǎn)品并不能帶給盲人更大的便利。針對(duì)如何更好的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲問(wèn)題本文以STC12C5A60S2為主控芯片，結(jié)合超聲波模塊，語(yǔ)音模塊，GSM模塊和GPS定位模塊來(lái)解決以往導(dǎo)盲的一些問(wèn)題。簡(jiǎn)約的硬件設(shè)計(jì)配合功能完善的軟件程序完成自動(dòng)導(dǎo)盲、定位和一鍵求助功能。該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，具有較好的實(shí)用性及可延展性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲產(chǎn)品；光電智能定位；導(dǎo)盲器

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，光電技術(shù)特別是光電探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)遍及現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。尤其是光機(jī)電一體化系統(tǒng)，模塊很小，工作性能很高。由此，我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)“新型光電智能定位導(dǎo)盲器”，使之能夠有效作為盲人的導(dǎo)盲器材，克服傳統(tǒng)導(dǎo)盲器件價(jià)格較高， 不易攜帶，使用范圍有限等缺點(diǎn)，以便快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的幫助盲人檢測(cè)周圍的實(shí)際情況，更好的服務(wù)廣大盲人群眾。本文將分別從硬件組裝和軟件編程兩個(gè)方面，結(jié)合外圍電路，介紹一種以STC12C5A60S2為主控制器的智能定位導(dǎo)盲器系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架及工作原理概述

本系統(tǒng)主要由STC12C5A60S2為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射接收電路、語(yǔ)音提示電路、GPRS通信系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、電源系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)控制核心是STC12C5A60S2，工作時(shí)超聲波發(fā)射一定頻率的脈沖信號(hào)，探測(cè)前方以及左右方是否有障礙物，并通過(guò)超聲波的探測(cè)距離對(duì)障礙物的位置進(jìn)行判定，當(dāng)遇到障礙物時(shí)反射回的信號(hào)由超聲波接收電路接收，經(jīng)單片機(jī)處理后，控制語(yǔ)音電路發(fā)出相應(yīng)提示音。

本導(dǎo)盲系統(tǒng)將GPS定位功能與GPRS的信息發(fā)送功能相結(jié)合，將位置信息準(zhǔn)確的通過(guò)GPRS發(fā)送給指定用戶，在突發(fā)情況下通過(guò)一鍵求助功能按下按鍵，信息將自動(dòng)發(fā)送到指定用戶的手機(jī)上。

2 系統(tǒng)硬件部分

2.1 主控芯片

STC12C5A60S2單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘，機(jī)械周期（IT）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度比傳統(tǒng)51單片機(jī)快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬(wàn)次/秒），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體震蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需要的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。

2.2 傳感器部分

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可2cm-400cm非接觸式距離感測(cè)功能,測(cè)距精度可高達(dá)3mm;超聲波模塊諧振頻率40Khz,傳感器正常工作時(shí)的電壓為4.5～9V,模組接口電壓4.5V～5.5V。超聲波的傳遞受空氣密度影響，空氣密度越高則超聲波傳播速度越快。當(dāng)用戶周圍出現(xiàn)障礙物時(shí)超聲波傳感器對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，將檢測(cè)到的信息反饋給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后進(jìn)行判斷是否進(jìn)行語(yǔ)音提示。

2.3 無(wú)線通訊與定位部分

無(wú)線通訊部分采用型號(hào)為SIM900A的GSM模塊，定位部分采用的是u-blox模塊；

SIM900A是一個(gè)兩頻的GSM模塊，工作頻段為：GSM900MHz 和DCS1800MHz。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，所以在SLEEP模式下最低耗流只有1.0mA采用工作電壓5V的直流電源。如圖1為SIM900A的硬件工作電路。

u-blox6模塊的工作電壓5V有兩個(gè)連續(xù)運(yùn)行模式（最大性能模式和ECO模式）和一個(gè)間歇運(yùn)行模式（節(jié)電模式）。最大性能模式自由使用捕獲引擎，導(dǎo)致最好的可能的TTFF（Time To First Fix），然而Eco模式優(yōu)化捕獲引擎的使用以降低電流消耗。最大性能模式：在最大性能模式，u-blox6接收器以全部性能使用捕獲引擎來(lái)搜索可能的衛(wèi)星，直到星歷完全下載下來(lái)。一個(gè)有效的GPS位置是固定的星歷完全被下載下來(lái)可看到的所有衛(wèi)星的星圖是有效的。Eco模式：在Eco模式下，僅在需要導(dǎo)航的時(shí)候，u-blox6接收器使用捕獲引擎搜索新的衛(wèi)星。在Eco模式，u-blox6捕獲引擎限制它的搜索資源的使用，以減少功耗，結(jié)果是發(fā)現(xiàn)最微弱信號(hào)的那些衛(wèi)星的時(shí)間可能相對(duì)于最大性能模式稍微長(zhǎng)一些u-blox6只要定位固定，就會(huì)撤銷捕獲引擎，足夠數(shù)目（至少4個(gè)）的衛(wèi)星正被跟蹤，跟蹤引擎聯(lián)系搜索和跟蹤新的沒(méi)有任何軌道信息的衛(wèi)星。如圖2為u-blox6工作電路圖。

通過(guò)串口助手接收的GPS反饋的位置信息代碼，經(jīng)過(guò)代碼查詢轉(zhuǎn)換出經(jīng)度緯度信息。

2.4 語(yǔ)音報(bào)警部分

ISD1700工作電壓是2.4V～5.5V,工作電流20mA，該模塊可錄放音多達(dá)十萬(wàn)多次，儲(chǔ)存內(nèi)容可以斷電保留多達(dá)100年，可處理多達(dá)25段以上信息，有豐富多樣的工作狀態(tài)提示。多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間。在該系統(tǒng)中存儲(chǔ)了前方有障礙物，左方有障礙物，右方有障礙物三個(gè)語(yǔ)句，當(dāng)超聲波探測(cè)到障礙物時(shí)將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)處理是語(yǔ)音模塊發(fā)送相應(yīng)的語(yǔ)句。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用keil4開發(fā)環(huán)境進(jìn)行對(duì)單片機(jī)程序開發(fā)，單片機(jī)通過(guò)采集傳感器獲得信息，判斷是否有障礙物，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物時(shí)單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片播放錄制好的相應(yīng)語(yǔ)音，GPS時(shí)刻向單片機(jī)傳送信息，單片機(jī)通過(guò)軟件編程進(jìn)行處理，提取有用的位置信息，盲人使用者通過(guò)按鍵對(duì)制定的號(hào)碼通過(guò)GPRS進(jìn)行發(fā)送短信或者撥打電話。

4 系統(tǒng)概括

光電智能定位導(dǎo)盲器的創(chuàng)新之處在于：首先它比普通導(dǎo)盲器增加了語(yǔ)音提示功能；系統(tǒng)中加入了GPS定位功能，解決了無(wú)法確定盲人位置的缺點(diǎn)。采用GPRS通信模塊，更好的在突發(fā)情況下幫助使用者向家人求助，為使用者提供更大的便捷。

5 結(jié)語(yǔ)

作為一種新型智能導(dǎo)盲器材，該導(dǎo)盲系統(tǒng)給盲人獨(dú)自外出帶來(lái)了更加安全的保障。該導(dǎo)盲系統(tǒng)可以識(shí)別前左三個(gè)方向的障礙物、樓梯等障礙物。具有GPS定位功能以及GPRS通信求助功能幫助使用者及時(shí)的與親人取得聯(lián)系，更加人性化。大大增加了使用者的安全性。

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作者簡(jiǎn)介：林德峰（1995-），男，黑龍江訥河人，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

*通訊作者：孫克偉