光電智能定位導盲器

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

光電智能定位導盲器

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

摘 要：隨著科技的發展越來越多的導盲產品出現在市場上，例如盲杖、導盲犬等，但是因為種種原因這些產品并不能帶給盲人更大的便利。針對如何更好的實現導盲問題本文以STC12C5A60S2為主控芯片，結合超聲波模塊，語音模塊，GSM模塊和GPS定位模塊來解決以往導盲的一些問題。簡約的硬件設計配合功能完善的軟件程序完成自動導盲、定位和一鍵求助功能。該系統穩定、可靠，具有較好的實用性及可延展性。

關鍵詞：導盲產品；光電智能定位；導盲器

0 引言

隨著時代的發展，科技的進步，光電技術特別是光電探測技術的應用已經遍及現代生活的各個領域。尤其是光機電一體化系統，模塊很小，工作性能很高。由此，我們設計出一個“新型光電智能定位導盲器”，使之能夠有效作為盲人的導盲器材，克服傳統導盲器件價格較高， 不易攜帶，使用范圍有限等缺點，以便快速、準確、實時的幫助盲人檢測周圍的實際情況，更好的服務廣大盲人群眾。本文將分別從硬件組裝和軟件編程兩個方面，結合外圍電路，介紹一種以STC12C5A60S2為主控制器的智能定位導盲器系統。

1 系統整體構架及工作原理概述

本系統主要由STC12C5A60S2為核心的單片機最小系統、超聲波發射接收電路、語音提示電路、GPRS通信系統、GPS定位系統、電源系統組成。該系統控制核心是STC12C5A60S2，工作時超聲波發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行判定，當遇到障礙物時反射回的信號由超聲波接收電路接收，經單片機處理后，控制語音電路發出相應提示音。

本導盲系統將GPS定位功能與GPRS的信息發送功能相結合，將位置信息準確的通過GPRS發送給指定用戶，在突發情況下通過一鍵求助功能按下按鍵，信息將自動發送到指定用戶的手機上。

2 系統硬件部分

2.1 主控芯片

STC12C5A60S2單片機是STC生產的單時鐘，機械周期（IT）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，速度比傳統51單片機快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM8路高速10位A/D轉換（250K/S，即25萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。STC12C5A60S2單片機中包含中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時/計數、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉換、SPI接口、PCA、看門狗及片內R/C振蕩器和外部晶體震蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列單片機幾乎包含了數據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。

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。當用戶周圍出現障礙物時超聲波傳感器對障礙物進行探測，將檢測到的信息反饋給單片機，經過單片機處理后進行判斷是否進行語音提示。

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采用省電技術設計，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有兩個連續運行模式（最大性能模式和ECO模式）和一個間歇運行模式（節電模式）。最大性能模式自由使用捕獲引擎，導致最好的可能的TTFF（Time To First Fix），然而Eco模式優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星的星圖是有效的。Eco模式：在Eco模式下，僅在需要導航的時候，u-blox6接收器使用捕獲引擎搜索新的衛星。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，結果是發現最微弱信號的那些衛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，足夠數目（至少4個）的衛星正被跟蹤，跟蹤引擎聯系搜索和跟蹤新的沒有任何軌道信息的衛星。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，經過代碼查詢轉換出經度緯度信息。

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十萬多次，儲存內容可以斷電保留多達100年，可處理多達25段以上信息，有豐富多樣的工作狀態提示。多種采樣頻率對應多種錄放時間。在該系統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，當超聲波探測到障礙物時將信號傳送給單片機，單片機通過處理是語音模塊發送相應的語句。

3 系統軟件設計

本系統采用keil4開發環境進行對單片機程序開發，單片機通過采集傳感器獲得信息，判斷是否有障礙物，當檢測到有障礙物時單片機控制語音芯片播放錄制好的相應語音，GPS時刻向單片機傳送信息，單片機通過軟件編程進行處理，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進行發送短信或者撥打電話。

4 系統概括

光電智能定位導盲器的創新之處在于：首先它比普通導盲器增加了語音提示功能；系統中加入了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 結語

作為一種新型智能導盲器材，該導盲系統給盲人獨自外出帶來了更加安全的保障。該導盲系統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系，更加人性化。大大增加了使用者的安全性。

參考文獻:

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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