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)展越來越多的導(dǎo)盲產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，例如盲杖、導(dǎo)盲犬等，但是因為種種原因這些產(chǎn)品并不能帶給盲人更大的便利。針對如何更好的實現(xiàn)導(dǎo)盲問題本文以STC12C5A60S2為主控芯片，結(jié)合超聲波模塊，語音模塊，GSM模塊和GPS定位模塊來解決以往導(dǎo)盲的一些問題。簡約的硬件設(shè)計配合功能完善的軟件程序完成自動導(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

隨著時代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，光電技術(shù)特別是光電探測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)遍及現(xiàn)代生活的各個領(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，我們設(shè)計出一個“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)盲器件價格較高， 不易攜帶，使用范圍有限等缺點，以便快速、準(zhǔn)確、實時的幫助盲人檢測周圍的實際情況，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，工作時超聲波發(fā)射一定頻率的脈沖信號，探測前方以及左右方是否有障礙物，并通過超聲波的探測距離對障礙物的位置進(jìn)行判定，當(dāng)遇到障礙物時反射回的信號由超聲波接收電路接收，經(jīng)單片機(jī)處理后，控制語音電路發(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GPRS發(fā)送給指定用戶，在突發(fā)情況下通過一鍵求助功能按下按鍵，信息將自動發(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25萬次/秒），針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(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，可稱得上一個片上系統(tǒng)。

2.2 傳感器部分

HC-SR04超聲波測距模塊可2cm-400cm非接觸式距離感測功能,測距精度可高達(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)障礙物時超聲波傳感器對障礙物進(jìn)行探測，將檢測到的信息反饋給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后進(jìn)行判斷是否進(jìn)行語音提示。

2.3 無線通訊與定位部分

無線通訊部分采用型號為SIM900A的GSM模塊，定位部分采用的是u-blox模塊；

SIM900A是一個兩頻的GSM模塊，工作頻段為：GSM900MHz 和DCS1800MHz。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計，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有兩個連續(xù)運(yùn)行模式（最大性能模式和ECO模式）和一個間歇運(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搜索可能的衛(wèi)星，直到星歷完全下載下來。一個有效的GPS位置是固定的星歷完全被下載下來可看到的所有衛(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)最微弱信號的那些衛(wèi)星的時間可能相對于最大性能模式稍微長一些u-blox6只要定位固定，就會撤銷捕獲引擎，足夠數(shù)目（至少4個）的衛(wèi)星正被跟蹤，跟蹤引擎聯(lián)系搜索和跟蹤新的沒有任何軌道信息的衛(wèi)星。如圖2為u-blox6工作電路圖。

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

2.4 語音報警部分

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)十萬多次，儲存內(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。多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間。在該系統(tǒng)中存儲了前方有障礙物，左方有障礙物，右方有障礙物三個語句，當(dāng)超聲波探測到障礙物時將信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過處理是語音模塊發(fā)送相應(yīng)的語句。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用keil4開發(fā)環(huán)境進(jìn)行對單片機(jī)程序開發(fā)，單片機(jī)通過采集傳感器獲得信息，判斷是否有障礙物，當(dāng)檢測到有障礙物時單片機(jī)控制語音芯片播放錄制好的相應(yīng)語音，GPS時刻向單片機(jī)傳送信息，單片機(jī)通過軟件編程進(jìn)行處理，提取有用的位置信息，盲人使用者通過按鍵對制定的號碼通過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)盲器增加了語音提示功能；系統(tǒng)中加入了GPS定位功能，解決了無法確定盲人位置的缺點。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

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)自外出帶來了更加安全的保障。該導(dǎo)盲系統(tǒng)可以識別前左三個方向的障礙物、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。

參考文獻(xiàn):

[1]楊國建，石秀娟，潘鴻雁等.基于SPCE061的智能盲人導(dǎo)航系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機(jī),2010(03).

[2]郭天祥.51單片機(jī)C語言程序入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009.

[3]瀘文夕.基于超聲波傳感技術(shù)的導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù),2010(03).

[4]張劍平著.智能化檢測系統(tǒng)及儀器[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

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

*通訊作者：孫克偉