光电智能定位导盲器

林德峰，乔 恒,房 强，陆柏成,孙克伟*（哈尔滨理工大学荣成学院,山东 荣成 264300）

光电智能定位导盲器

林德峰，乔 恒,房 强，陆柏成,孙克伟*
（哈尔滨理工大学荣成学院,山东 荣成 264300）

摘 要：随着科技的发展越来越多的导盲产品出现在市场上，例如盲杖、导盲犬等，但是因为种种原因这些产品并不能带给盲人更大的便利。针对如何更好的实现导盲问题本文以STC12C5A60S2为主控芯片，结合超声波模块，语音模块，GSM模块和GPS定位模块来解决以往导盲的一些问题。简约的硬件设计配合功能完善的软件程序完成自动导盲、定位和一键求助功能。该系统稳定、可靠，具有较好的实用性及可延展性。

关键词：导盲产品；光电智能定位；导盲器

0 引言

随着时代的发展，科技的进步，光电技术特别是光电探测技术的应用已经遍及现代生活的各个领域。尤其是光机电一体化系统，模块很小，工作性能很高。由此，我们设计出一个“新型光电智能定位导盲器”，使之能够有效作为盲人的导盲器材，克服传统导盲器件价格较高， 不易携带，使用范围有限等缺点，以便快速、准确、实时的帮助盲人检测周围的实际情况，更好的服务广大盲人群众。本文将分别从硬件组装和软件编程两个方面，结合外围电路，介绍一种以STC12C5A60S2为主控制器的智能定位导盲器系统。

1 系统整体构架及工作原理概述

本系统主要由STC12C5A60S2为核心的单片机最小系统、超声波发射接收电路、语音提示电路、GPRS通信系统、GPS定位系统、电源系统组成。该系统控制核心是STC12C5A60S2，工作时超声波发射一定频率的脉冲信号，探测前方以及左右方是否有障碍物，并通过超声波的探测距离对障碍物的位置进行判定，当遇到障碍物时反射回的信号由超声波接收电路接收，经单片机处理后，控制语音电路发出相应提示音。

本导盲系统将GPS定位功能与GPRS的信息发送功能相结合，将位置信息准确的通过GPRS发送给指定用户，在突发情况下通过一键求助功能按下按键，信息将自动发送到指定用户的手机上。

2 系统硬件部分

2.1 主控芯片

STC12C5A60S2单片机是STC生产的单时钟，机械周期（IT）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度比传统51单片机快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体震荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需要的所有单元模块，可称得上一个片上系统。

2.2 传感器部分

HC-SR04超声波测距模块可2cm-400cm非接触式距离感测功能,测距精度可高达3mm;超声波模块谐振频率40Khz,传感器正常工作时的电压为4.5～9V,模组接口电压4.5V～5.5V。超声波的传递受空气密度影响，空气密度越高则超声波传播速度越快。当用户周围出现障碍物时超声波传感器对障碍物进行探测，将检测到的信息反馈给单片机，经过单片机处理后进行判断是否进行语音提示。

2.3 无线通讯与定位部分

无线通讯部分采用型号为SIM900A的GSM模块，定位部分采用的是u-blox模块；

SIM900A是一个两频的GSM模块，工作频段为：GSM900MHz 和DCS1800MHz。SIM900A采用省电技术设计，所以在SLEEP模式下最低耗流只有1.0mA采用工作电压5V的直流电源。如图1为SIM900A的硬件工作电路。

u-blox6模块的工作电压5V有两个连续运行模式（最大性能模式和ECO模式）和一个间歇运行模式（节电模式）。最大性能模式自由使用捕获引擎，导致最好的可能的TTFF（Time To First Fix），然而Eco模式优化捕获引擎的使用以降低电流消耗。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获引擎来搜索可能的卫星，直到星历完全下载下来。一个有效的GPS位置是固定的星历完全被下载下来可看到的所有卫星的星图是有效的。Eco模式：在Eco模式下，仅在需要导航的时候，u-blox6接收器使用捕获引擎搜索新的卫星。在Eco模式，u-blox6捕获引擎限制它的搜索资源的使用，以减少功耗，结果是发现最微弱信号的那些卫星的时间可能相对于最大性能模式稍微长一些u-blox6只要定位固定，就会撤销捕获引擎，足够数目（至少4个）的卫星正被跟踪，跟踪引擎联系搜索和跟踪新的没有任何轨道信息的卫星。如图2为u-blox6工作电路图。

通过串口助手接收的GPS反馈的位置信息代码，经过代码查询转换出经度纬度信息。

2.4 语音报警部分

ISD1700工作电压是2.4V～5.5V,工作电流20mA，该模块可录放音多达十万多次，储存内容可以断电保留多达100年，可处理多达25段以上信息，有丰富多样的工作状态提示。多种采样频率对应多种录放时间。在该系统中存储了前方有障碍物，左方有障碍物，右方有障碍物三个语句，当超声波探测到障碍物时将信号传送给单片机，单片机通过处理是语音模块发送相应的语句。

3 系统软件设计

本系统采用keil4开发环境进行对单片机程序开发，单片机通过采集传感器获得信息，判断是否有障碍物，当检测到有障碍物时单片机控制语音芯片播放录制好的相应语音，GPS时刻向单片机传送信息，单片机通过软件编程进行处理，提取有用的位置信息，盲人使用者通过按键对制定的号码通过GPRS进行发送短信或者拨打电话。

4 系统概括

光电智能定位导盲器的创新之处在于：首先它比普通导盲器增加了语音提示功能；系统中加入了GPS定位功能，解决了无法确定盲人位置的缺点。采用GPRS通信模块，更好的在突发情况下帮助使用者向家人求助，为使用者提供更大的便捷。

5 结语

作为一种新型智能导盲器材，该导盲系统给盲人独自外出带来了更加安全的保障。该导盲系统可以识别前左三个方向的障碍物、楼梯等障碍物。具有GPS定位功能以及GPRS通信求助功能帮助使用者及时的与亲人取得联系，更加人性化。大大增加了使用者的安全性。

参考文献:

[1]杨国建，石秀娟，潘鸿雁等.基于SPCE061的智能盲人导航系统[J].工业控制计算机,2010(03).

[2]郭天祥.51单片机C语言程序入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社,2009.

[3]泸文夕.基于超声波传感技术的导盲系统设计[J].科学技术,2010(03).

[4]张剑平著.智能化检测系统及仪器[M].北京:国防工业出版社,2005.

作者简介：林德峰（1995-），男，黑龙江讷河人，本科，研究方向：电气工程及其自动化。

*通讯作者：孙克伟