陳林++陳金松++沈俊藝++陳亨利++湯姝茜

摘要：本系統是基于STM32F103X單片機，控制超聲波測距模塊實時對行走路線路障測距并進行語音提醒，可通過語音識別設置系統參數，每隔一段時間讀取GPS模塊位置、時間等信息并通過 GPRS 通信將數據傳給服務器，服務器進行完整的數據分析及控制，手機APP通過 TCP 協議訪問服務器實現數據傳輸。整個系統將實現現場路障測距、語音控制、位置監(jiān)控和智能化遠程管理。

關鍵詞：導盲系統；單片機；GPS衛(wèi)星定位；GPRS通信；實時監(jiān)控

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0192-02

1 引言

盲人由于先天或后天的生理缺陷喪失了視覺，因此，在日常生活和安全行進方面受到很大的制約。在我國，盲人目前的導盲輔具普遍是普通盲杖，這種導盲輔具不僅功能單一，而且很大程度上不能保證盲人的安全，意外事件屢屢發(fā)生?；谏鲜鰡栴}，本項目以增強盲人的行走安全，提高盲人的生活質量為目的，重點研究導盲系統的智能化、多功能化和人性化。

本項目是應用C語言編程進行模塊化設計，系統由STM32F103X單片機、GPS模塊、語音合成模塊、超聲波測距模塊和報警模塊對盲人實時定位跟蹤與引導行進，通過GPRS通信模塊與上位機和手機APP進行通信，實時監(jiān)控盲人的地理位置、行進路線和報警信息，并儲存和在地圖上顯示等。

2 系統總體方案設計

2.1 基本功能

導盲系統可以實時監(jiān)測盲人的當前位置、運動狀態(tài)和周邊環(huán)境等信息，并向盲人提供躲避障礙物、向外發(fā)出求救信號和危險報警等相應的協助引導服務，盲人可以通過語音方式對導盲系統進行一系列的操作；導盲系統通過GPRS模塊傳送盲人的實時數據到指定的服務器，服務器進行完整的數據分析及控制，手機APP通過 TCP 協議訪問服務器實現數據傳輸，確保相關人員能及時對緊急情況做出處理。

2.2 主要技術指標

本系統采用了超聲波進行測距，US-100超聲波測距模塊工作電壓為2.4V～5.5V，靜態(tài)電流為2mA，工作溫度：-20～+70度，輸出方式：電平或UART，感應角度：小于15度，探測距離：2cm～450cm，探測精度：0.3cm+1%，距離值為 （高電平持續(xù)時間*340m/s）/2。采用GPS定位獲取位置信息，U-blox NEO-6 GPS模塊工作電壓為3.3V～5V，靜態(tài)電流為40mA，默認波特率：9600，輸出功率：1Hz，定位精度最高2.5m。

3 系統硬件設計

系統主要由主控制器、超聲波測距模塊、GPS模塊、GPRS模塊、語音合成模塊、語音識別模塊、報警模塊、PC機服務器、手機APP構成。通過主控制器控制超聲波測距模塊實時對行走路線路障測距并進行語音提醒，可通過語音識別設置系統參數，每隔一段時間讀取GPS模塊位置、時間等信息并通過 GPRS 通信將數據傳給服務器，服務器進行完整的數據分析及控制，手機APP通過 TCP 協議訪問服務器實現數據傳輸。系統總體框圖如圖 1 所示。

3.1 主控制器

該系統采用STM32F103X單片機作為主控制器，STM32F103X采用標準的ARM Cortex—M3內核，體積小，耗電低，工作電壓為2.0～3.6V，最高可達72MHz的時鐘速度，部分I/O口可允許5V電壓，內嵌Flash程序存儲器（最高達512KB）和RAM數據存儲器（最高達96KB），內部包含RC時鐘振蕩器，可以省略外部外部振蕩器，接口豐富，成本低，可以替代低端單片機，以提高產品的性能和檔次。

3.2 GPS模塊

U-blox NEO-6 GPS模塊系列尺寸微小，實現了定位引擎的高超性能，專為低功耗和低成本而設計，具有針對低功耗應用的突破性智能電源管理功能。

3.3 GPRS通信模塊

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱。GPRS使得用戶能夠在端到端分組傳送模式下發(fā)送和接收數據。由于無線資源采用動態(tài)分配方式，用戶雖然與網絡一直連接，但僅當有數據傳送時才占用無線信道資源。與原有的電路型業(yè)務相比較，用戶使用GPRS業(yè)務將具有建鏈時間短、數據傳輸速率高（9.05～171.2kbit/s）、費用低等特點。

3.4 超聲波測距模塊

US-100 超聲波測距模塊可實現2cm～4.5m 的非接觸測距功能，擁有2.4～5.5V 的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，內帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。

3.5 語音合成模塊

SYN6288語音合成模塊是一款性價比更高，效果更自然的一款中高端語音合成芯片。SYN6288通過異步串口（UART）通訊方式，接收待合成的文本數據，實現文本到語音（或TTS語音）的轉換；支持 GB2312、GBK、BIG5 和 UNICODE 內碼格式的文本；具有智能的文本分析處理算法，可正確識別數值、號碼、時間日期及常用的度量衡符號。

3.6 語音識別模塊

LD3320語音識別模塊是集成了語音識別處理器和外部電路，包括AD和DA轉換器、麥克風、聲音輸出等接口，且不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，在現有的產品中直接集成即可實現語音識別/聲控/人機對話功能，識別的關鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的，因而滿足了小體積、低功耗和可通用的要求。

3.7 PC機服務器

主要實時接收及儲存導盲系統的位置和時間信息并在地圖上顯示，且可以選擇顯示或隱藏其行進軌跡。當離開所設置的地理圍欄范圍或接收到導盲系統發(fā)來的報警時，向手機 APP發(fā)出警報。

3.8 手機 APP 模塊

編寫手機應用程序，可以隨時從服務器獲取導盲系統的位置和時間信息并在地圖上顯示；當離開所設置的地理圍欄范圍或接收到服務器發(fā)來的報警時，手機發(fā)出警報。

3.9 其他輔助電路

硬件設計還包括其他的輔助電路，如電源開關電路、變壓電路、報警電路、驅動電路等。

4 系統軟件設計

該系統采用C語言設計，主要設計了主程序、超聲波測距模塊、讀取并解析GPS定位信息模塊、與服務器數據通信模塊、語音識別模塊、語音播報模塊、報警模塊；采用SVM框架結構進行服務器端開發(fā)，以WEBGIS技術實現電子圍欄和鷹眼軌跡等多項功能，利用HTML5設計呈現在網頁上；采用JAVA語言編寫手機APP。系統主程序流程圖如圖2所示。

5 結語

本文設計的GPS定位智能導盲系統數據量龐大，因此難點主要是對各個環(huán)節(jié)的數據處理，包括GPS數據解析、GPRS的正確傳輸、手機端和PC端的數據保存、地圖顯示及報警等。系統的優(yōu)點在于可以讓盲人隨時隨地的監(jiān)測自己位置并進行引導行進?？梢宰屩付ńK端（APP）與上位機獲取其當前位置等信息，在地圖上顯示并記錄，確保相關人員能及時對緊急情況進行處理。由于盲人喪失了視覺，無法完成常規(guī)的人機交互，盲人可以通過語音方式對下位機進行設置，下位機也做出相應的處理與反饋，通過簡單的操作，實現人機交互。此系統切實的解決了現在社會中存在的一些問題，對盲人的便利生活和人身安全提供重要保障具有實際的價值和意義。

參考文獻

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