【正文】 ....................................................................21 GSM通信 .............................................................................................21 ISD語音播放 ........................................................................................21 系統(tǒng)方案選擇 .................................................................................................21 系統(tǒng)總體方案 .......................................................................................21 系統(tǒng)控制芯片選擇 ................................................................................22 無線通信方式選擇 ................................................................................23 II 5 單片機(jī)導(dǎo)盲系統(tǒng)的的硬件設(shè)計(jì) ..................................................................................24 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 .............................................................................................24 系統(tǒng)的硬件組成 ............................................................................................24 控制中心 .............................................................................................25 超聲波測距模塊 ...................................................................................25 采集模塊 ........................................................................................27 GSM短信模塊 ......................................................................................27 語音提示模塊 .......................................................................................28 6 單片機(jī)導(dǎo)盲系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .....................................................................................30 系統(tǒng)的總體流程圖 .........................................................................................30 GPS模塊程序設(shè)計(jì) .........................................................................................31 GPS數(shù)據(jù)與 GPS 協(xié)議 ...........................................................................31 GPS模塊程序設(shè)計(jì) ................................................................................32 GSM模塊程序設(shè)計(jì) ........................................................................................34 GSM模塊指令 ......................................................................................34 GSM模塊程序設(shè)計(jì) ...............................................................................36 7 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................38 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ................................................................................................38 GPS數(shù)據(jù)調(diào)試 ................................................................................................39 系統(tǒng)硬件調(diào)試 ................................................................................................39 測距調(diào)試 ........................................................................................................40 GSM電話短信調(diào)試 ........................................................................................40 結(jié)論 ...........................................................................................................................41 致謝 ...........................................................................................................................42 參考文獻(xiàn)： .................................................................................................................43 附錄 ...........................................................................................................................45 源程序： .............................................................................................................45 外文資料翻譯 ......................................................................................................57 1 1 緒論 研究背景和意義 我國曾在上世紀(jì) 80 年代進(jìn)行過視力殘疾狀況調(diào)查，結(jié)果顯示，我國有視力殘疾患者近 1300 萬，其中盲人約就有 550 萬。本文模仿蝙蝠的超聲應(yīng)用能力和原理 ， 應(yīng)用回聲定位原理，通過發(fā)送超聲波，然后獲得并分析障礙物的回波信息， 并將 GPS 全球定位系統(tǒng)和 GSM 網(wǎng)絡(luò) 通信系統(tǒng)加以應(yīng)用而 研制出的 一套超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。 本文首先介紹了國內(nèi)外定位的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，其次 介紹了 超聲波測距 原理、 GPS 定位原理和 GSM 通信 原理，然后給出了 系統(tǒng)的選擇方 案，對(duì) 硬件電路 部分的各個(gè)模塊做了詳細(xì)設(shè)計(jì)說明 ，包括控制中心 電路 、 超聲波測距電路、GPS 模塊電路、 GSM 模塊電路以及 語音播放電路 。從全國防盲技術(shù)指導(dǎo)組辦公室得到的數(shù)據(jù)也顯示，我國有 500 萬盲人，占世界盲人總數(shù)的 1/5[1]。 GPS 全球定位系統(tǒng)目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的、具有2 廣闊的應(yīng)用前景的一種定位系統(tǒng)。 國內(nèi)外已經(jīng)研制成功的超聲波導(dǎo)盲裝置 為了提高盲人的生活質(zhì)量，增加其行走能力，世界各國一直在進(jìn)行著導(dǎo)盲系統(tǒng)的研制。聲束角的廣角超聲發(fā)射器安放在鏡架的中央，兩個(gè)超聲波接收器被分別安放在鏡框的兩 側(cè)。 穿戴式導(dǎo)盲儀 NavBelt，顧名思義是一種具有導(dǎo)航功能的腰帶，是由美國密執(zhí)安大學(xué)移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的科技人員 Borenstein 與 Koren 共同發(fā)明的。 引導(dǎo)式手杖 較為新穎的導(dǎo)盲機(jī)器設(shè)計(jì)是在拐杖的末梢接上一組載有許多傳感器、小型控制計(jì)算機(jī)而下方裝有導(dǎo)輪的移動(dòng)式平臺(tái)，也就是將原本移動(dòng)式機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)移除，保留智能感測的部分。根據(jù)超聲探頭獲得的信息，運(yùn)用 VFH 技術(shù)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生周圍環(huán)境的虛擬地圖，通過伺服電機(jī)，控制轉(zhuǎn)向輪的方向，引導(dǎo)使用者行進(jìn)。根據(jù)蝙蝠的這種仿生學(xué)原理，超聲檢測與識(shí)別技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是醫(yī)用以及工業(yè)領(lǐng)域中，如醫(yī)學(xué)超聲檢測，超聲探傷等。 在傳播特性上， 超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的 波長越短，這一特性就越顯著。在理想介質(zhì)中聲波的衰減僅來自于聲波的擴(kuò)散。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的用于產(chǎn)生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 [11]。 圖 超聲波發(fā)送接收原理圖 傳感器的主要參數(shù) 超聲傳感器有許多不同的結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓 電晶片的直徑和厚度的不同，每個(gè)探頭的性能是不同的，其主要的性能指標(biāo)包括 中心頻率、靈敏度、阻抗特性和工作溫度。 工作溫度是指能使傳感器正常工作的溫度范圍，其溫度上限應(yīng)遠(yuǎn)低于居里點(diǎn)溫度。具體的說就是當(dāng) 40KHz 的電壓脈沖信號(hào)由導(dǎo)線輸入傳感器后，由壓電陶瓷晶片將此電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)通過空氣向外發(fā)送出去，發(fā)送出的超聲信號(hào)向空中各方向沿直線傳播，遇到障礙物反射回來。 GSM 網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，具 有穩(wěn)定可靠地特點(diǎn)。目前， GPS 可以提供的民用信號(hào)定位精度為 10米左右。三個(gè)注入站分別設(shè)在太平洋的卡瓦加蘭、印度洋的迪戈加西亞島、大西洋的阿森松島。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55 度，各個(gè)軌道平面之間相距60 度。對(duì)于測地型接收機(jī)來說，兩個(gè) 單元一般分為兩個(gè)獨(dú)立的部件，觀測時(shí)將天線單元安置在觀測站上，接收單元置于觀測站附近的適當(dāng)?shù)胤?，用電纜線將兩者連成一個(gè)整機(jī)。然而實(shí)際上，用戶接收設(shè)備上顯示的時(shí)間和衛(wèi)星上的時(shí)間有一定的差距，不可能達(dá)到完全的一致，根據(jù)用戶接收設(shè)備的不同，這個(gè)時(shí)間上的差X Z Y (X4， Y4， Z4) (X3， Y3， Z3) (X2， Y2， Z2) (X1， Y1， Z1) 17 距也不同，接收設(shè)備性能 越好，它的時(shí)鐘就越接近衛(wèi)星時(shí)鐘。全球超過 200 個(gè)國家和地區(qū)超過 10 億人正在使用 GSM 電話。 GSM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說移動(dòng)電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩小區(qū)。蜂窩半徑范圍根據(jù)天線高度、增益和傳播條件可以從百米以下到數(shù)十公里。由 Hayes 公司發(fā)明，現(xiàn)在已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)并被所有調(diào)制解調(diào)器制造商采用的一個(gè)調(diào)制解調(diào)器命令語言。每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。 總體實(shí)現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)由探路和通信兩種模式 組成 。 利用超聲波的測距可以判斷障礙物的遠(yuǎn)近 [15]。 （ 2） 采用超聲波測距，超聲波模塊由換能器信息處理器和信息輸出器三部分組成。 （ 1） 采用 FPGA 處理器， FPGA 處理器具有可編程輸入輸出單元（ IOB），可配置邏輯塊（ CLB），數(shù)字時(shí)鐘管理模塊（ DCM），嵌入式塊 RAM（ BRAM），豐富的布線資源，底層內(nèi)嵌功能單元，內(nèi)嵌專 用硬核，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，并且可利用 EDA 軟件進(jìn)行仿