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光电导盲仪

专家
2014-03-18 12:05:52    评分

作者:淮海工学院 周炜炜 沈剑峰 张剑

指导教师:薛清


  作品简介

  首先我们是缘于盲人在生活各方面的便利性和安全性的思路来设计的.

  1、我们在上面添加了超声波模块能有效的测量障碍物距离的功能,同时设置了一个可调节式功能键,能根据需要调节测试障碍物距离一至八米的一个范围开关。

  2、根据现场环境的复杂情况,加入了一个红外人体感应报警功能,由一个红外探测器收到人体的温度信号发给单片机一个电信号,在传输给喇叭发出报警声音。这是基于复杂的街道行人过多,人群感应器会发出报警声,提醒行人避免误撞,大大的提高了盲人自身的安全性。

  3、在盲人独自行走时能确定所行走的方向,加入了电子罗盘定位模块,模块的功能是通过地磁场来能精准的定位并通过语音模块报出东,南,西,北,东北,东南,西北,西南八个方向。

  4、我们针对地下道以及一些黑暗环境下在导盲仪上安装了光感元器件,没有光照的情况下输出一个高电平使安装在上面的LED警示灯亮起,在有光的条件下输出低电平LED灯熄灭,我们把它称作夜晚预警灯用来提示行人注意,避免意外的发生。

  5、根据生活上的便利性我们加入了一个语音播报模块,能播报当前年月日,星期和时间。用于提醒使用者当前的时间以至于让他不错过某些时间段要做的事情等等。

  6、经过调查现实中有很多盲人走失的问题,让家人当心四处寻找,对此现象。我们从汽车防盗系统得到启发,加入了一个GPS寻人系统,家属在寻人的时候只需通过手机发出一个短信指令dw,就可以收到一条链接在地图中打开链接就可以显示当前所要找的人所处的位置。

 

  平台选型说明

  宏晶科技的IAP15F2K61S2芯片。这是宏晶公司最新推出的增强型51单片机。它功能强大,有内部集成的SPI、双串口等功能,可以满足本系统的设计需求。最小系统采用官网提供的最小系统开发板。开发板上集成了如步进电机、数码管、光敏电阻、红外感应等模块。功能齐全,做工精美,可以满足大多数的控制功能。在同类型的开发板中价格较低,故采用此开发板。

 

  设计说明

  设计原理: 系统采用高性能单片机STC15F2K61S2单片机作为主控制器, 包含了超声波模块、LCD1602液晶显示模块、人体感应模块、时钟模块、光敏电阻模快、GPS模块、语言模块、电子罗盘系统、GPS精确定位系统等。其中采用超声波传感器检测正前方和空中障碍物。当检测到障碍时, 单片机将控制语音芯片, 实时播报障碍信息。系统还融入了GPS定位系统和电子罗盘传感器来获得盲人行走的方向, 盲人可以通过按键来触发系统语音播报行走的方向信息。

  设计方案: 以STC15F2K61S2单片机作为主控制器设计了一种基于超声波、红外测距原理和GPS定位的多功能智能导盲仪.此系统包括超声波测距、红外测距、语音提示、电子罗盘、GPS定位等部分, 采用超声波和红外传感器测障碍物, 采用电子罗盘检测行走方向, GPS精确定位,并将障碍物信息和方向信息以语音的方式提示给盲人,达到导盲作用.同时添加了光明电阻,其主要作用是暗环境下LED警示灯亮起,提醒行人注意. 原理结构框图如图所示(如图)

  1.智能导盲仪结构

  系统采用高性能单片机STC15F2K61S2单片机作为主控制器, 包含了超声波模块、LCD1602液晶显示模块、人体感应模块、时钟模块、光敏电阻模快、GPS模块、语言模块、电子罗盘系统、GPS精确定位系统等。其中采用超声波传感器检测正前方和空中障碍物。当检测到障碍时, 单片机将控制语音芯片, 实时播报障碍信息。系统还融入了GPS定位系统和电子罗盘传感器来获得盲人行走的方向, 盲人可以通过按键来触发系统语音播报行走的方向信息。

  2.超声波测距模块

  2.1超声波测距单元

  2.1.1超声波测距模块原理及示意图

  本单元由超声波测距模块和红外测距模块组成,其中采用超声波传感器检测正前方和空中障碍物, 采用红外传感器检测路面上的低矮障碍物。其机构框图如所示

  在常温下,LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。接线形式简单,在单电源工作模式下,测量范围为0~+175℃。根据实际温度的值,利用上式可计算补偿声速。

  2.3 电子罗盘单元及示意图

  本单元主要是利用电子罗盘,对盲人的运行方向进行实时测量,单片机以及外围扩展的E2PROM按照一定的时间间隔来记录盲人的运行方位,从而实现了盲人行走轨道的存储记忆功能。本部分电路主要的构造为:电子罗盘组成的信号采集单元;盲人行走方向的检测单元;以单片机为处理器的方位确定以及E2PROM的存储单元。信号采集单元负责输出电子罗盘确定的方位角,从而确定盲人的运行方位,单片机和E2PROM用来存储行走轨迹以及电子罗盘所确定的方位。

  3.人体感应模块

  3.1热释电原理

  人体红外感应传感器是利用热释电效应原理制成的一种传感产品。热释电效应就是因温度的变化而产生电荷的一种印象。

  3.2红外线传感器及示意图

  采用红外对管循迹导盲。由于目前的盲道主要是凹凸不平的,采用此装置后,可以使盲道在颜色上区别于正常道路,使盲道的设计趋于简单。通过检测反射红外光,来判断是否行走在正确的道路上。优点是设计电路简单,反应比较灵敏。缺点是对颜色的有要求。在导盲仪的设计中该模块用于假想的黑色盲道,区别于其他道路,可以起到循迹的作用。

  4.时钟模块

  4.1Ds1302时钟模块及示意图

  采用Ds1302时钟模块计时,依靠内部芯片及外设32.768hz晶振的准确测量周期,通过读取寄存器的数据来读取时间,是一个比较方便及精确的方案

  5.语言模块

  5.1 WTV020语音播报模块

  采用WTV020语音芯片,可以准确的播报出盲人所需要的信息,如时间,前方是否有障以及是否偏离盲道。该芯片自带语音库可方便调取,通过串口通信操作简便,机器发音音质清晰,发音标准。

  6.光敏电阻

  6.1夜间闪光警示灯

  采用数字集成电路(四与非门)制作的夜间闪光警示灯电路,它能控制警示灯在白天不亮,而在夜晚闪烁发出光。该夜间闪光警示灯电路由电源电路、光控电路、超低频振荡器和开关电路等组成。安装在智能导盲仪上,可以提醒人们注意有盲人通过,提高安全性。

  7. GPS模块

  7.1 GPS导航系统的基本原理

  GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。通过发送指令这样可以找出持有人所处的位置。

  作品特色

  实用性

  该作品更好的帮助盲人行动,改善了盲人的生活。将电子罗盘,人体感应模块,超声波模块,语音模块,时钟模块等大量模块结合于一体。作品的实际应用较强,如能量产将对盲人有很大帮助。

  针对盲人在日常生活中的各种不便利和安全性来方面来设计和制作的方便实用的人性化的导盲仪。

  创新性

  开关的设置从人体学的角度和便利性来考虑的,在便于人手最容易触碰到的地方作用是可用来控制人群报警系统的开关,使用者在不想使用的情况下可对其功能进行关闭和开启,和电源开关所处的位置是一样的。外观包装我们采用的红白相间的反光膜材料,能有效的对各种光源进行反射并提醒对方注意。针对维修我们加入了一个LCD显示屏,便于维修人员快捷方便的找出问题所在,节省时间。加入了GPS寻人系统,便于寻找到盲人的位置。

  先进性

  以STC15F2K61S2单片机作为主控制器设计了一种基于超声波、红外测距原理和GPS定位的多功能智能导盲仪.此系统包括超声波测距、红外测距、语音提示、电子罗盘、GPS定位等部分, 采用超声波和红外传感器测障碍物, 采用电子罗盘检测行走方向, GPS精确定位,并将障碍物信息和方向信息以语音的方式提示给盲人,达到导盲作用。




关键词: GPS     单片机     超声波     传感器    

菜鸟
2016-04-23 12:46:29    评分
2楼
楼主,求源代码,邮箱:caijiaqi0116@163.com,谢谢!

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