一種帶GPS定位功能的智能導盲裝置的設計

王曉蘭

摘要：該設計的主控芯片選取的是STC89C52，結合GPS定位模塊、GSM短信發送模塊、超聲波測距模塊、MP3播放模塊、LM386音頻放大電路、震動電機、光敏LED電路等組成硬件電路。編寫c程序，完成智能導盲功能。

關鍵詞：STC89C52；GPS定位；GSM；超聲波測距

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0258-02

視覺障礙的人數量眾多，安全出行已成為他們的最大難題。功能豐富的智能導盲裝置，可以最大限度地滿足盲人的出行需求，對于如今高速發展的社會來說，功能強大的智能導盲裝置將會是盲人的第一選擇。

1 智能導盲裝置設計內容

本智能導盲裝置利用超聲波來對環境進行檢測，當前方出現障礙物時，會將信息以語音提示及震動的方式來提醒盲人進行避讓，為了更大程度上滿足盲人出行，該裝置上安裝了光敏LED燈，當盲人處于光線昏暗的環境中時，LED燈會自動點亮，以此來給路人提示。當盲人遇到緊急情況時，可通過特定按鈕將自己的GPS定位地理位置信息發送到指定的手機，讓家人第一時間收到消息并提供幫助。

2 系統組成及原理

智能導盲裝置硬件電路主要由電源電路、GPS定位模塊、CSM短信發送模塊、超聲波模塊、震動模塊、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行處理后，把指令發送給震動模塊和MP3播放模塊，震動模塊得到指令之后，震動電機震動，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，從而實現語音提示的功能。對于定位信息發送系統，它由GPS定位模塊和GSM短信發送模塊組成，主控芯片將把從GPS定位模塊所獲得的地理位置信息進行處理后通過GSM短信發送模塊發送到指定的手機。同時，主控芯片還控制著一個LED燈的點亮，通過光敏電阻阻值變化而產生的高低電平，從而實現LED燈的點亮和熄滅。

3 電路設計

本設計采用的控制芯片是STC89C52單片機，這是一款低功耗、高性能的微控制器，結合其他功能電路，實現智能導盲功能。

3.1 超聲波測距電路

超聲波測距電路采用超聲波模塊HC-SR04，包含超聲波發射器、超聲波接收器和控制電路。測量距離為2cm-400cm，測量誤差為3mm。超聲波發射器發射超聲波信號，接收器會檢測是否有超聲波信號返回，當檢測到有信號返回時，ECHO口會輸出一個高電平，這個高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測量距離=（高電平時間*超聲波傳播速度340M/S）/2。

超聲波的其聲速 c 與溫度有關，當環境溫度波動很大時，就需要進行相應的溫度補償。為了提高測量精度，本設計加入了溫度補償，使用18b20溫度傳感器，該傳感器可測溫度范圍為-55℃～+125℃，精度可達±0.5℃，抗干擾能力強。溫度傳感器將獲取的溫度值發送給單片機，單片機進行運算，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P21腳，超聲波模塊中發射腳接單片機的P23腳，接收腳接外部中斷0 P32腳。

3.2 語音播報模塊

語音播報模塊采用的GD5801 完美地集成了 MP3、WMV 的硬解碼，本質上是一款提供串口的 MP3 芯片。使用簡易的串口指令就能夠實現所要播放的音樂和播放音樂的方式等功能，操作簡單且穩定可靠。另外該芯片也是深度定制的產品，專為固定語音播放領域開發的低成本解決方案。

單片機控制MP3芯片輸出音頻信號，MP3芯片可以讀取TFT卡中的音頻文件，然后進行播放。由于MP3芯片輸出音頻過小，所以將MP3芯片輸出的信號輸入給LM386音頻放大電路，音頻信號經過放大后進行播放，完成語音播報提示。

3.3 GPS定位模塊

GPS定位模塊所選取的VK2828U7G5LF模塊，當GPS模塊通電后，模塊上會亮起一盞紅燈（power）；當GPS模塊連接到衛星時，模塊上會有一盞綠燈（pps）閃爍，表示定位成功。GPS通過與衛星相連后，可獲得當前時間，所處位置的經度和緯度信息，隨后GPS定位模塊通過串口與單片機相連，將所處位置信息發送給單片機進行處理。

3.4 GSM短信發送模塊設計

GSM短信發送模塊采用的是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），當GSM模塊通過串口與單片機連接后，單片機會將GPS模塊所獲取到的位置信息進行處理后通過GSM模塊將信息發送給指定的手機。其中手機號碼可以通過更改程序中的代碼進行替換。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號碼

如果要更換緊急聯系人號碼，只需要將號碼替換后重新燒寫程序到單片機中即可。

3.5 模擬開關

因為GPS模塊、MP3模塊和GSM模塊都需要通過串口與單片機相連，且單片機只有兩個串口，所以需要設計一個模擬開關MAX4052來連接著三個模塊，通過4052_B-1和4052_A-1分別控制從而實現各模塊在特定時間內與單片機相連。

模擬開關在程序中分別定義GPS模塊、GSM模塊、MP3模塊的工作狀態，根據設計要求，實現在特定情況下使三個模塊分別于單片機相連。

3.6 光敏電阻點亮LED電路

光敏電阻來點亮LED電路，它可以在盲人處于光線昏暗的環境中時點亮LED燈，給路人提示。電路中通過電壓比較器LM393對正反向輸入電壓進行比較，當光敏電阻由于光線變化而發生阻值變化后，比較器輸出不同高低電平并將高電平信號送到單片機，從而達到控制LED燈的點亮和熄滅的目的。

3.7 震動提示電路

震動提示是為了保證當盲人處于嘈雜環境中，聽不到語音報警而設計的，當遇到障礙物時，智能導盲裝置會先進行震動提示，隨后播報語音提示。用一個PNP型的三極管S8550來驅動電機，當單片機收到超聲波模塊發送的報警信號后，單片機通過P0口將指令發送到震動提示模塊，收到指令后，三極管導通，電機震動。

整體硬件電路圖及各個模塊電路與單片機之間的電氣連接如圖2所示。

4 軟件設計方案

本智能導盲裝置主要使用c語言編程進行軟件部分的設計，對各部分功能進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 結束語

本文設計的帶GPS的智能導盲裝置考慮的安全因素齊全，采用先進的超聲波技術和GPS定位技術，通過聲、光、震動，和短信報警等安全措施，可以有效地為視障人士進行導盲，提高其出行安全系數。

參考文獻：

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[2] 寇艷紅. GPS原理與應用[M]. 2版.北京： 電子工業出版社， 2012.

[3] 中國水利水電出版社. 超聲波測探儀 [M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2010.

[4] 語音芯片手冊. GPS模塊手冊. GSM模塊手冊[Z].endprint