苗琳琳 鹿馨云 曹光輝

摘 要：本文以盲人新一代導航系統(tǒng)為背景，通過應用超聲波傳感器、蜂鳴報警器、語音播報器、光敏傳感器等眾多傳感設備，設計了基于51單片機智能盲人導航系統(tǒng)。該導航系統(tǒng)主要實現(xiàn)對盲人前進路上障礙物進行分段距離提醒以及夜間照明功能。為新一代盲人導航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化提供一種新思路和新方向。

關鍵詞：51單片機 語音播報器 超聲波傳感器 光敏傳感器

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0003-02

城市化的高速發(fā)展在給人們帶來便利的同時，也為殘疾人，尤其是盲人帶來了諸多不利。傳統(tǒng)意義上，盲人出行主要依靠單一手杖和盲道的方式將不在適用。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得利用相關傳感器設計新一代盲人導航設備成為可能。在此背景下，本文設計與實現(xiàn)了基于51單片機智能盲人導航系統(tǒng)。

1 智能盲人導航系統(tǒng)整體框架

51單片機接收光敏傳感器傳來的光強信息，當光線強度高于或等于設定閾值時，采用白天導航策略；當光線強度低于設定閾值時，采用夜間導航策略。整體框如圖1所示。

1.1 白天導航策略

白天導航策略主要采用接力式預警、報警方案。利用超聲波測距模塊探測障礙物的位置信息，測量盲人與障礙物之間的距離，當障礙物和盲人距離小于3m時，蜂鳴報警器響起，同時距離越小，蜂鳴器警音越急促；當障礙物和盲人距離小于0.8m時，語音模塊發(fā)出預警，提示用戶及時避讓，保護盲人行走時的安全問題。

1.2 夜間導航策略

夜間導航策略是在白天導航策略的基礎上增添了夜間照明功能。夜間照明系統(tǒng)實現(xiàn)的思路是，當單片機從光敏傳感器中接收到的外界光強低于設定閾值時，單片機驅(qū)動繼電器，進而點亮LED等，從而為盲人提供存在性保護。

2 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)

導航系統(tǒng)主要包括超聲波測距傳感器、蜂鳴器、語音播報模塊、光敏傳感器等。

2.1 超聲波測距傳感器

測距是盲人導航系統(tǒng)中關鍵且核心的一步。本系統(tǒng)測距傳感器采用US-100超聲波測距模塊，該模塊可實現(xiàn)2～4.5m的非接觸測距功能。US-100超聲波測距模塊具有兩種測距方式：電平觸發(fā)測距，串口觸發(fā)測距。這里采用電平觸發(fā)測距實現(xiàn)盲人和障礙物距離的測量。本系統(tǒng)電平測距采用的原理是，通過51單片機p2.3引腳發(fā)出高電平信號，觸發(fā)超聲波傳感器引腳2。然后，該傳感器發(fā)出8 個40kHz的超聲波脈沖，并檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模塊還要進行溫度值的測量，然后根據(jù)當前溫度對測距結(jié)果進行校正，將校正后的結(jié)果通過Echo管腳輸出。Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時間來計算距離值。即距離值為：（高電平時間×340m/s）/2。

2.2 蜂鳴器

蜂鳴器是當測距傳感器發(fā)現(xiàn)特定范圍內(nèi)障礙物時，對盲人進行聲音提醒的一種方式。本系統(tǒng)采用Risym 0905有源蜂鳴器模塊，高電平觸發(fā)蜂鳴器報警。該蜂鳴器實現(xiàn)的功能是當障礙物距離盲人在3m和0.8m之間時，蜂鳴器鳴叫。為了告訴盲人，障礙物的遠近，蜂鳴器采用不同頻率鳴叫。頻率越高，或叫聲越急促，距離越近。本系統(tǒng)報警聲音的急促和舒緩是通過調(diào)整相鄰兩次蜂鳴時間的間隔來實現(xiàn)的。距離越遠，間隔時間越長。隨著距離的逼近，間隔時間逐漸縮小。這里值得一提的是，蜂鳴器是振蕩發(fā)聲的，如果一直置1或者一直置0，蜂鳴器是不會響的。因此，這里蜂鳴器0，1交替賦值。

2.3 語音播報模塊

語音播報是較蜂鳴器報警的進一步人性化體現(xiàn)。當障礙物距離盲人小于0.8m時，語音播報響起。本系統(tǒng)采用QJ008M01語音模塊。當接收到由51單片機串口發(fā)出的播報指令7E 02 01 EF時，開始播報語音模塊內(nèi)已經(jīng)放置好的語音文件。語音文件的放置可由USB直接連接電腦，通過電腦傳輸?shù)秸Z音模塊的FLASH即可?？紤]到QJ008M01語音模塊的高級性，播報內(nèi)容可任意設置。播報順序可任意指定。此外，語音播報模塊通過與其直接相連的揚聲器發(fā)聲。

2.4 光敏傳感器

夜間行走對于一個健康的人來說都是不安全的，對于一個盲人，其危險程度可想而知。為了盡最大努力幫助盲人夜間的行走。本系統(tǒng)基于光敏傳感器并結(jié)合繼電器和LED燈，設計了一個夜間燈光照明系統(tǒng)。首先設定光敏傳感器響應閾值，當51單片機檢測到光敏傳感器傳回的光強度低于設定閾值時，單片機驅(qū)動繼電器打開LED燈，進而實現(xiàn)通過照明系統(tǒng)保護盲人夜間行走。

3 軟件系統(tǒng)的設計流程

首先，單片機初始化，包括設定時鐘頻率、串口配置、定時器中斷、光強閾值以及讀取光敏傳感器返回值的時間間隔等工作，然后進入大循環(huán)階段。大循環(huán)階段包括按照預設時間周期性地檢測光敏傳感器傳來的光強，若獲取的光強高于或等于設定閾值，完成白天保護策略，及階梯式實行蜂鳴器預警以及語音播報；若光強低于設定閾值，啟動燈光照明系統(tǒng)以及階梯報警功能。具體流程如圖2所示。

4 結(jié)語

本文設計并實現(xiàn)了新一代盲人智能導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于光敏傳感器，實現(xiàn)依據(jù)光強采用白天和夜間模式保護盲人行走。系統(tǒng)實際測試效果良好，為新一代盲人導航提供了新的思路和方向。

參考文獻

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