GPS定位智能导盲系统

陈林++陈金松++沈俊艺++陈亨利++汤姝茜

摘要：本系统是基于STM32F103X单片机，控制超声波测距模块实时对行走路线路障测距并进行语音提醒，可通过语音识别设置系统参数，每隔一段时间读取GPS模块位置、时间等信息并通过 GPRS 通信将数据传给服务器，服务器进行完整的数据分析及控制，手机APP通过 TCP 协议访问服务器实现数据传输。整个系统将实现现场路障测距、语音控制、位置监控和智能化远程管理。

关键词：导盲系统；单片机；GPS卫星定位；GPRS通信；实时监控

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0192-02

1 引言

盲人由于先天或后天的生理缺陷丧失了视觉，因此，在日常生活和安全行进方面受到很大的制约。在我国，盲人目前的导盲辅具普遍是普通盲杖，这种导盲辅具不仅功能单一，而且很大程度上不能保证盲人的安全，意外事件屡屡发生。基于上述问题，本项目以增强盲人的行走安全，提高盲人的生活质量为目的，重点研究导盲系统的智能化、多功能化和人性化。

本项目是应用C语言编程进行模块化设计，系统由STM32F103X单片机、GPS模块、语音合成模块、超声波测距模块和报警模块对盲人实时定位跟踪与引导行进，通过GPRS通信模块与上位机和手机APP进行通信，实时监控盲人的地理位置、行进路线和报警信息，并储存和在地图上显示等。

2 系统总体方案设计

2.1 基本功能

导盲系统可以实时监测盲人的当前位置、运动状态和周边环境等信息，并向盲人提供躲避障碍物、向外发出求救信号和危险报警等相应的协助引导服务，盲人可以通过语音方式对导盲系统进行一系列的操作；导盲系统通过GPRS模块传送盲人的实时数据到指定的服务器，服务器进行完整的数据分析及控制，手机APP通过 TCP 协议访问服务器实现数据传输，确保相关人员能及时对紧急情况做出处理。

2.2 主要技术指标

本系统采用了超声波进行测距，US-100超声波测距模块工作电压为2.4V～5.5V，靜态电流为2mA，工作温度：-20～+70度，输出方式：电平或UART，感应角度：小于15度，探测距离：2cm～450cm，探测精度：0.3cm+1%，距离值为 （高电平持续时间*340m/s）/2。采用GPS定位获取位置信息，U-blox NEO-6 GPS模块工作电压为3.3V～5V，静态电流为40mA，默认波特率：9600，输出功率：1Hz，定位精度最高2.5m。

3 系统硬件设计

系统主要由主控制器、超声波测距模块、GPS模块、GPRS模块、语音合成模块、语音识别模块、报警模块、PC机服务器、手机APP构成。通过主控制器控制超声波测距模块实时对行走路线路障测距并进行语音提醒，可通过语音识别设置系统参数，每隔一段时间读取GPS模块位置、时间等信息并通过 GPRS 通信将数据传给服务器，服务器进行完整的数据分析及控制，手机APP通过 TCP 协议访问服务器实现数据传输。系统总体框图如图 1 所示。

3.1 主控制器

该系统采用STM32F103X单片机作为主控制器，STM32F103X采用标准的ARM Cortex—M3内核，体积小，耗电低，工作电压为2.0～3.6V，最高可达72MHz的时钟速度，部分I/O口可允许5V电压，内嵌Flash程序存储器（最高达512KB）和RAM数据存储器（最高达96KB），内部包含RC时钟振荡器，可以省略外部外部振荡器，接口丰富，成本低，可以替代低端单片机，以提高产品的性能和档次。

3.2 GPS模块

U-blox NEO-6 GPS模块系列尺寸微小，实现了定位引擎的高超性能，专为低功耗和低成本而设计，具有针对低功耗应用的突破性智能电源管理功能。

3.3 GPRS通信模块

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称。GPRS使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。由于无线资源采用动态分配方式，用户虽然与网络一直连接，但仅当有数据传送时才占用无线信道资源。与原有的电路型业务相比较，用户使用GPRS业务将具有建链时间短、数据传输速率高（9.05～171.2kbit/s）、费用低等特点。

3.4 超声波测距模块

US-100 超声波测距模块可实现2cm～4.5m 的非接触测距功能，拥有2.4～5.5V 的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，内带看门狗，工作稳定可靠。

3.5 语音合成模块

SYN6288语音合成模块是一款性价比更高，效果更自然的一款中高端语音合成芯片。SYN6288通过异步串口（UART）通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音（或TTS语音）的转换；支持 GB2312、GBK、BIG5 和 UNICODE 内码格式的文本；具有智能的文本分析处理算法，可正确识别数值、号码、时间日期及常用的度量衡符号。

3.6 语音识别模块

LD3320语音识别模块是集成了语音识别处理器和外部电路，包括AD和DA转换器、麦克风、声音输出等接口，且不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，在现有的产品中直接集成即可实现语音识别/声控/人机对话功能，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的，因而满足了小体积、低功耗和可通用的要求。

3.7 PC机服务器

主要实时接收及储存导盲系统的位置和时间信息并在地图上显示，且可以选择显示或隐藏其行进轨迹。当离开所设置的地理围栏范围或接收到导盲系统发来的报警时，向手机 APP发出警报。

3.8 手机 APP 模块

編写手机应用程序，可以随时从服务器获取导盲系统的位置和时间信息并在地图上显示；当离开所设置的地理围栏范围或接收到服务器发来的报警时，手机发出警报。

3.9 其他辅助电路

硬件设计还包括其他的辅助电路，如电源开关电路、变压电路、报警电路、驱动电路等。

4 系统软件设计

该系统采用C语言设计，主要设计了主程序、超声波测距模块、读取并解析GPS定位信息模块、与服务器数据通信模块、语音识别模块、语音播报模块、报警模块；采用SVM框架结构进行服务器端开发，以WEBGIS技术实现电子围栏和鹰眼轨迹等多项功能，利用HTML5设计呈现在网页上；采用JAVA语言编写手机APP。系统主程序流程图如图2所示。

5 结语

本文设计的GPS定位智能导盲系统数据量庞大，因此难点主要是对各个环节的数据处理，包括GPS数据解析、GPRS的正确传输、手机端和PC端的数据保存、地图显示及报警等。系统的优点在于可以让盲人随时随地的监测自己位置并进行引导行进。可以让指定终端（APP）与上位机获取其当前位置等信息，在地图上显示并记录，确保相关人员能及时对紧急情况进行处理。由于盲人丧失了视觉，无法完成常规的人机交互，盲人可以通过语音方式对下位机进行设置，下位机也做出相应的处理与反馈，通过简单的操作，实现人机交互。此系统切实的解决了现在社会中存在的一些问题，对盲人的便利生活和人身安全提供重要保障具有实际的价值和意义。

参考文献

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