基于STM32F103X單片機與GPS定位的智能導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計

馮婉嫻 谷華秋 林陽陽 許大星

摘要：在我國雖然盲道設(shè)立較為普遍，可是由于很多因素導(dǎo)致盲道設(shè)置不合理、被路邊攤販擠占，使得盲道形同虛設(shè)?！懊ふ?盲道”的出行方式已經(jīng)不能夠保證盲人的出行安全。本項目是應(yīng)用C 語言編程進行模塊化設(shè)計，對盲人實時定位跟蹤，引導(dǎo)行進與掃描物體，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。

1.前言

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(dǎo)盲輔具普遍是普通盲杖，這種導(dǎo)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。另外導(dǎo)盲犬的成本高且使用不方便。導(dǎo)盲機器人只能在平坦路面使用。雖然智能盲杖的研發(fā)已成大勢所趨，現(xiàn)有智能盲杖主要是依靠語音提示幫助盲人判別危險，盲人在獲得信息后自己處理危險，因此在處理速度、實用性上優(yōu)勝于傳統(tǒng)的盲杖。但是目前國內(nèi)外針對智能盲杖的研發(fā)一直停留在理論階段。

本項目主要為了讓盲人能夠和正常人一樣，除了不能享受視覺上的沖擊外，可以正常的出行去聆聽外面的世界，感知周圍的環(huán)境。與傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手段相比，盲人可以還通過掃描系統(tǒng)在購物時去選擇自己喜歡的東西，去獲取更多的信息，讓自己的生活多一分快樂。同時依靠GPS和手機APP的使用使該智能導(dǎo)盲系統(tǒng)精度高，可靠性高，保障了使用者的生命安全。安全，可靠性高的導(dǎo)盲系統(tǒng)使導(dǎo)盲人的生活充滿樂趣，改變了人們心中盲人外出不安全的老舊觀念，也使盲人的生活更加自由。所以一種實用的多功能智能導(dǎo)盲系統(tǒng)，它能夠幫助盲人在無需專人陪伴的情況下，獨立外出行走，并且在出現(xiàn)緊急情況時，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程求助。外出購物時，可以通過掃描識別來進行貨物的兌換。

2.硬件設(shè)計

系統(tǒng)主要由主控制器、超聲波測距模塊、紅外線測距模塊、GPS模塊、GPRS模塊、 語音合成模塊、報警模塊，條碼掃碼模塊構(gòu)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(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，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(shù)據(jù)傳給服務(wù)器。

（1）超聲波測距的硬件設(shè)計

系統(tǒng)通過單片機的I/O口輸出震蕩信號，通過74HC00來驅(qū)動超聲波發(fā)生器發(fā)射40khz超聲波脈沖，如圖2 所示。

（2）紅外測距硬件設(shè)計

紅外測距硬件設(shè)計 GP2Y0A02YK紅外傳感器測量范圍為 20 ～ 150 cm。GP2Y 0A02YK的輸出信號為 0.0 ～2.8 V電壓信號，系統(tǒng)通過 單片機內(nèi)ADC獲得電壓值，通過查表計算求得距離信息。

（3）GPS模塊硬件設(shè)計

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

（4）掃描模塊硬件設(shè)計

由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長不同，白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光，所以當(dāng)條形碼掃描器光源發(fā)出的光經(jīng)光闌及凸透鏡1后，照射到黑白相間的條形碼上時，反射光經(jīng)凸透鏡2聚焦后，照射到光電轉(zhuǎn)換器上，于是光電轉(zhuǎn)換器接收到與白條和黑條相應(yīng)的強弱不同的反射光信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出到放大整形電路，整形電路把模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字電信號，再經(jīng)譯碼接口電路譯成數(shù)字字符信息。

（5）手機APP模塊硬件設(shè)計

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

（6）其他輔助電路

硬件設(shè)計還包括其他的輔助電路，如電源開關(guān)電路、變壓電路、報警電路、驅(qū)動電路等。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計

單片機執(zhí)行測距程序時，在端口輸出一個40 kHz的脈沖信號，通過超聲波發(fā)射電路發(fā)射出去。同時啟動單片機內(nèi)部的定時器開始計數(shù)。當(dāng)超聲波被物體反射回來后。在端口產(chǎn)生一個外部中斷請求信號。單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷子程序。定時器停止計數(shù)。計算超聲波從發(fā)射到接收的時間差Δt。最后計算得出超聲波傳感器與反射物之間的距離。

4.結(jié)尾語

本文將STM32F103X單片機與GPS定位結(jié)合的智能導(dǎo)盲系統(tǒng)不僅提高了傳統(tǒng)導(dǎo)盲方式的效率，在安全系數(shù)方面也比以前有所提高?，F(xiàn)在盲人大多是都是待在家里，即使出門也很擔(dān)心是否會遇到危險。并且隨著社會的進步，外面的世界也越來越豐富多彩，即使是盲人，也會想自己一個人出去走走看看。智能導(dǎo)盲系統(tǒng)不僅可以可靠的保證盲人的安全，還可以讓盲人去感知周圍充滿活力的氣息，給盲人的生活增添了一份光彩。

參考文獻：

[1]陳林，陳金松，沈俊藝，陳亨利，湯姝茜.GPS定位智能導(dǎo)盲系統(tǒng)[A].1007-9416-（2017）03-0192-02.

[2]方正超，姚善學(xué).基于CX20106A的超聲波測距設(shè)計[A].1674-6236-（2012）15-0151-03.

指導(dǎo)教師：許大星。

資助項目：衢州學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項目;衢州市科技局項目（2016Y007）

（衢州學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院 浙江衢州 324000）