一种带GPS定位功能的智能导盲装置的设计

王晓兰

摘要：该设计的主控芯片选取的是STC89C52，结合GPS定位模块、GSM短信发送模块、超声波测距模块、MP3播放模块、LM386音频放大电路、震动电机、光敏LED电路等组成硬件电路。编写c程序，完成智能导盲功能。

关键词：STC89C52；GPS定位；GSM；超声波测距

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0258-02

视觉障碍的人数量众多，安全出行已成为他们的最大难题。功能丰富的智能导盲装置，可以最大限度地满足盲人的出行需求，对于如今高速发展的社会来说，功能强大的智能导盲装置将会是盲人的第一选择。

1 智能导盲装置设计内容

本智能导盲装置利用超声波来对环境进行检测，当前方出现障碍物时，会将信息以语音提示及震动的方式来提醒盲人进行避让，为了更大程度上满足盲人出行，该装置上安装了光敏LED灯，当盲人处于光线昏暗的环境中时，LED灯会自动点亮，以此来给路人提示。当盲人遇到紧急情况时，可通过特定按钮将自己的GPS定位地理位置信息发送到指定的手机，让家人第一时间收到消息并提供帮助。

2 系统组成及原理

智能导盲装置硬件电路主要由电源电路、GPS定位模块、CSM短信发送模块、超声波模块、震动模块、MP3播放模块、LM386音频放大电路、LED灯示警电路等组成。电路框图如图1所示。

主控芯片将超声波所获取的障碍物信息进行处理后，把指令发送给震动模块和MP3播放模块，震动模块得到指令之后，震动电机震动，MP3播放模块得到指令后播放指定的提示信息，该提示信息通过LM386音频放大电路放大后播报，从而实现语音提示的功能。对于定位信息发送系统，它由GPS定位模块和GSM短信发送模块组成，主控芯片将把从GPS定位模块所获得的地理位置信息进行处理后通过GSM短信发送模块发送到指定的手机。同时，主控芯片还控制着一个LED灯的点亮，通过光敏电阻阻值变化而产生的高低电平，从而实现LED灯的点亮和熄灭。

3 电路设计

本设计采用的控制芯片是STC89C52单片机，这是一款低功耗、高性能的微控制器，结合其他功能电路，实现智能导盲功能。

3.1 超声波测距电路

超声波测距电路采用超声波模块HC-SR04，包含超声波发射器、超声波接收器和控制电路。测量距离为2cm-400cm，测量误差为3mm。超声波发射器发射超声波信号，接收器会检测是否有超声波信号返回，当检测到有信号返回时，ECHO口会输出一个高电平，这个高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测量距离=（高电平时间*超声波传播速度340M/S）/2。

超声波的其声速 c 与温度有关，当环境温度波动很大时，就需要进行相应的温度补偿。为了提高测量精度，本设计加入了温度补偿，使用18b20温度传感器，该传感器可测温度范围为-55℃～+125℃，精度可达±0.5℃，抗干扰能力强。温度传感器将获取的温度值发送给单片机，单片机进行运算，从而获得更加精确的距离。电路中温度传感器模块接单片机P21脚，超声波模块中发射脚接单片机的P23脚，接收脚接外部中断0 P32脚。

3.2 语音播报模块

语音播报模块采用的GD5801 完美地集成了 MP3、WMV 的硬解码，本质上是一款提供串口的 MP3 芯片。使用简易的串口指令就能夠实现所要播放的音乐和播放音乐的方式等功能，操作简单且稳定可靠。另外该芯片也是深度定制的产品，专为固定语音播放领域开发的低成本解决方案。

单片机控制MP3芯片输出音频信号，MP3芯片可以读取TFT卡中的音频文件，然后进行播放。由于MP3芯片输出音频过小，所以将MP3芯片输出的信号输入给LM386音频放大电路，音频信号经过放大后进行播放，完成语音播报提示。

3.3 GPS定位模块

GPS定位模块所选取的VK2828U7G5LF模块，当GPS模块通电后，模块上会亮起一盏红灯（power）；当GPS模块连接到卫星时，模块上会有一盏绿灯（pps）闪烁，表示定位成功。GPS通过与卫星相连后，可获得当前时间，所处位置的经度和纬度信息，随后GPS定位模块通过串口与单片机相连，将所处位置信息发送给单片机进行处理。

3.4 GSM短信发送模块设计

GSM短信发送模块采用的是SIM800H。在GSM模块中需要放入除电信之外的一张SIM卡（推荐使用移动），当GSM模块通过串口与单片机连接后，单片机会将GPS模块所获取到的位置信息进行处理后通过GSM模块将信息发送给指定的手机。其中手机号码可以通过更改程序中的代码进行替换。程序代码如下：

#define SEND_MESSA_TO_YOUR "at+cmgs=＼"17712654483＼"＼r＼n" //填入接收信息的手机号码

如果要更换紧急联系人号码，只需要将号码替换后重新烧写程序到单片机中即可。

3.5 模拟开关

因为GPS模块、MP3模块和GSM模块都需要通过串口与单片机相连，且单片机只有两个串口，所以需要设计一个模拟开关MAX4052来连接着三个模块，通过4052_B-1和4052_A-1分别控制从而实现各模块在特定时间内与单片机相连。

模拟开关在程序中分别定义GPS模块、GSM模块、MP3模块的工作状态，根据设计要求，实现在特定情况下使三个模块分别于单片机相连。

3.6 光敏电阻点亮LED电路

光敏电阻来点亮LED电路，它可以在盲人处于光线昏暗的环境中时点亮LED灯，给路人提示。电路中通过电压比较器LM393对正反向输入电压进行比较，当光敏电阻由于光线变化而发生阻值变化后，比较器输出不同高低电平并将高电平信号送到单片机，从而达到控制LED灯的点亮和熄灭的目的。

3.7 震动提示电路

震动提示是为了保证当盲人处于嘈杂环境中，听不到语音报警而设计的，当遇到障碍物时，智能导盲装置会先进行震动提示，随后播报语音提示。用一个PNP型的三极管S8550来驱动电机，当单片机收到超声波模块发送的报警信号后，单片机通过P0口将指令发送到震动提示模块，收到指令后，三极管导通，电机震动。

整体硬件电路图及各个模块电路与单片机之间的电气连接如图2所示。

4 软件设计方案

本智能导盲装置主要使用c语言编程进行软件部分的设计，对各部分功能进行编译后再整合就可以获得完整的功能。软件流程图如图3所示。

5 结束语

本文设计的带GPS的智能导盲装置考虑的安全因素齐全，采用先进的超声波技术和GPS定位技术，通过声、光、震动，和短信报警等安全措施，可以有效地为视障人士进行导盲，提高其出行安全系数。

参考文献：

[1] 黄英. 单片机工程应用技术[M]. 上海： 复旦大学出版社， 2014.

[2] 寇艳红. GPS原理与应用[M]. 2版.北京： 电子工业出版社， 2012.

[3] 中国水利水电出版社. 超声波测探仪 [M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2010.

[4] 语音芯片手册. GPS模块手册. GSM模块手册[Z].endprint