【導(dǎo)讀】中國是世界上盲人數(shù)量最多的國家。盲人生活在黑暗的世界中，給工作、生活、社交活動帶來了莫大的困難。如何安全行走，是盲人生活中最大的問題。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，統(tǒng)加以應(yīng)用而研制出的一套超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。GPS模塊電路、GSM模塊電路以及語音播放電路。隨后通過串口通信程序、GPS. 收，AT命令串口通信調(diào)試以及整體功能的調(diào)試。離的實時測量,撥打固定電話，緊急報警的功能。經(jīng)測試本系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)。簡單、成本低、工作可靠、流程清晰、精度高、易于推廣的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：STC89C52,超聲波測距，GSM,GPS,ISD4002。

　　

【正文】 底層內(nèi)嵌功能單元，內(nèi)嵌專 用硬核，可以實現(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 軟件進行仿真和調(diào)試。 FPGA 采用并行工作方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，常用于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中， FPGA 的高速處理能力得不到充分發(fā)揮。 （ 2） 采用 8位單片機處理器，它采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一 個小而完善的計算機系統(tǒng)。成本低，可以滿足本系統(tǒng)的需要。 23 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量較小，采用 8位單片機即可實現(xiàn)，若采用 FPGA 等則會造成資源的浪費，且會增加系統(tǒng)成本，因此本系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機作為主控芯片，并以其為核心搭建了單片機系統(tǒng)，完成設(shè)計。 無線通信方式選擇 本系統(tǒng)在設(shè)計無線通信方式時，有 采用 和 采用 GSM 網(wǎng)絡(luò) 兩種方案可供選擇。 （ 1） 采用 ， 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器 、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6 dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA。接收時，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式使節(jié)能設(shè)計更方便。但是 的傳輸距離上限為 1000 米。 （ 2） 采用 GSM 網(wǎng)絡(luò)，采用 GSM 短信息服務(wù)是一種在移動通信網(wǎng)絡(luò)上傳送簡短信息的無線應(yīng)用服務(wù)，是信息在移動通信網(wǎng)絡(luò)上存儲和轉(zhuǎn)寄的過程。本系統(tǒng)的 GSM 通信模塊在接收和發(fā)送短信息時支持兩 種模式，即文本 (Text)模式和協(xié)議描述單元 (Protocol Description UnitPDU)模式，距離不受限制。 由于距離上的要求，從實際情況出發(fā)，選用 TC35I 模塊作為無線傳輸模塊。24 5 單片機導(dǎo)盲 系統(tǒng)的的硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括控制中心、測距硬件電路、經(jīng)緯度采集電路、通信模塊電路和語音播放電路。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)由 控制中心，超聲波測距模塊， GPS 采集模塊， GSM 短信模塊 ，語音播放模塊組成 。系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的硬件組成 控制中心采用 STC89C52 為主芯片、 GPS 模塊以 M89 芯片為處理器、 GSM模塊以 TC35I 為處理器，語音播放模塊以 ISD4002 芯片為控制芯片。 控 制 中 心 超聲波測距 GPS 定位 GSM 短信模塊 語音提示模塊 25 控制中心 控制中心 實現(xiàn) 測距 數(shù)據(jù) 的采集、 GPS 定位信息 采集 和 控制 GSM 的通信，其工作 原理圖如圖 所示。 圖 控制中心 工作 原理圖 超聲波測距模塊 本系統(tǒng)使用超聲 傳感器測定用戶和障礙物之間的間距，如圖 所示為超聲傳感器發(fā)射部分工作 原理圖，如圖 所示為超聲傳感器接收部分工作 原理26 圖。 圖 超聲傳感器發(fā)射部分工作 原理圖 圖 超聲傳感器接收部分工作 原理圖 27 采集模塊 GPS 數(shù)據(jù)采集主要通過串口的 RX 接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)給 CPU 處理， 其工作 原理框圖如圖 所示 [17]。 圖 GPS工作 原理圖 GSM 短信模塊 TC35i 能夠支持標準的 AT 指令 ,設(shè)計中涉及 TC35i 的 1 19 管腳作為串口通信使用 ,自動啟動 TC35i模塊 ,TC35i可以和 STC89C52串口直接連接 ,其他單片機可以根據(jù)需要進行電平轉(zhuǎn)換。在進行通信時 ,發(fā)送者將設(shè)置好的短信內(nèi)容從發(fā)送方的手機發(fā)送出去 ,通過短消息中心發(fā)送 ,這樣就完成一次單向的數(shù)28 據(jù)傳輸。 其工作原理圖 如圖 。 圖 GSM工作原理圖 語音提示模塊 語音提示模塊用芯片 1SD4002實現(xiàn)語音的錄放 ， ISD4002 工作電壓 , 單片錄放時間 8至 16分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中 ，芯片采用 CMOS 技術(shù) ,內(nèi)含振蕩器 ， 防混淆濾波器 ， 平滑濾波器 ， 音頻放大器 ，自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列 ， 芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制 ,操作命令可通過串行通信接口送入 。其工作 原理圖如圖 所示。 29 ISD4002 工作 原理圖 30 6 單片機導(dǎo)盲 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在完成硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，本 系統(tǒng)軟件設(shè)計 從 AT 指令編程和 GPS 的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計出發(fā)，實現(xiàn)了本系統(tǒng)的基本功能 。 系統(tǒng)的總體流程圖 系統(tǒng)的總體流程圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)總體流程圖 初始化 判斷模式 避障模式 測量障礙物距離 是否超過閾值 語音播放提醒 LED 明滅提示 撥打固定電話 緊急報警 采集經(jīng)緯度 開始 電話按鍵 報警按鍵 通信模式 Y Y Y N N N N Y 31 GPS 模塊程序設(shè)計 GPS 模塊程序設(shè)計是從 GPS 信號信息中采集出經(jīng)緯度信息，將經(jīng)緯度信息保存在數(shù)組中。 GPS 數(shù)據(jù) 與 GPS 協(xié)議 GPS 衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)均以“ $”開頭，然后才是衛(wèi)星時間、位置信息以及衛(wèi)星信息等，每種信息之間以逗號隔開，以回車換行作為結(jié)束標志?！?$ GPRMC”、“ $GPVTC”、“ $GPGGA”、“ $GPGSA”、“ $GPGLL”和“ $GPGSV”每個語句所包含的數(shù)據(jù)都不相同，以“ $ GPRMC”為例，其中內(nèi)容就包含有衛(wèi)星定位時間、定位狀態(tài)、經(jīng)緯度信息、相對位移速度及方向和定位日期等數(shù)據(jù)，“ $ GPRMC”也是 GPS 數(shù)據(jù)的最小格式 [49]，其標準的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)格式以及實際數(shù)據(jù)說明如下所示 : $GPRMC,1,2,3,4,5,6,???? . $GPRMC,A,N,E,20xx10, ，A*52 （ 1） 衛(wèi)星定位時間（ UTC time）：“ “是指定位時間為 07 點 40 分 秒，換算成北京時間就是 07+8=15 點 40 分 秒。 （ 2） 衛(wèi)星定位狀態(tài)：“ A“表示接收到的數(shù)據(jù)時真實可用的。 （ 3） 緯度：“ “就是指緯度為 40 度 00 分 分，換算 就是 度。 （ 4） 北半球緯度或者是南半球緯度：“ N“為北半球 （ 5） 經(jīng)度：“ “就是指經(jīng)度為 116 度 20 分 分，換算 后就是 度。 （ 6） 東半球經(jīng)度或者是西半球經(jīng)度：“ E“就是指東半球。 32 GPS 模塊程序設(shè)計 本系統(tǒng)控制中心 通過 UART 接收 GPS 模塊傳來的定位信息，在接收定位信息后必須對這些信息進行處理。串口接收到的定位信息并不是每次都從這個信息頭開始的，所 以每次接收到信息時都要判斷整個定位信息是不是從頭開始。圖 為所需 GPS 數(shù)據(jù)采集 流程圖。 圖 GPS 數(shù)據(jù)采集流程圖 本系統(tǒng)的處理器 首先建立并初始化 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，程序?qū)邮諗?shù)據(jù)緩沖區(qū)進行不斷的判斷，判斷 是否有 GPS 數(shù)據(jù)存儲進去，如果沒有重復(fù)進行選擇判斷，如果有 GPS 數(shù)據(jù)，就判斷是否有重復(fù)的“ $“存在，因為兩個“ $“之初始化 開始 從 RS2321 逐個讀取數(shù)據(jù)并存入 buff 是否讀完一個完整的語句 是否是 GPRMC 語句 ? 提取經(jīng)緯度 Y N N Y N 33 間就是一條完整的 GPS 數(shù)據(jù)，然后在這些 GPS 數(shù)據(jù)當中尋找“ $GPRMC“和”$GPGGA”，從“ $GPRMC“和” $GPGGA”開頭到兩種數(shù)據(jù)的回車換行（ 0x0D、 0x0A）結(jié)束，中間就是我們所需要提取的 GPS 數(shù)據(jù)。下面為 GPS 經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的提取程序。 void serial () interrupt 4 using 3 { if(RI==0) return。 ES=0。 RI=0。 receive_buffer[index]=SBUF。 if(receive_buffer[index]==39。$39。) { index=0。 } index++。 if(index=42) { index=0。 if((receive_buffer[1]==39。G39。)amp。amp。(receive_buffer[2]==39。P39。)amp。amp。(receive_buffer[3]==39。R39。)amp。amp。(receive_buffer[4]==39。M39。)amp。amp。(receive_buffer[5]==39。C39。)) { flag=1。 34 for(i=0。i=9。i++) jingdu[i]=receive_buffer[i+20]。 for(j=0。j10。j++) weidu[j]=receive_buffer[j+32]。 } } ES=1。 } GSM 模塊程序設(shè)計 本系統(tǒng)控制中心 接收到通過 GPS 模塊發(fā)來的定位信息后，還要通過 GSM 模塊將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。硬件上 GSM 模塊串口與主控單片機模塊連接進行通信，軟件上則通過 AT 指令對 GSM 模塊進行控制，將定位信息發(fā)送到接收手機上。 GSM 模塊指令 GPS 模塊傳輸過來定位信息后，還要通過 GSM 模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過 AT 指令對 GSM 模塊進行控制將定位信息發(fā)送到指定的手機上，其中 GPS 模塊的波特率為 4800。 TC35I 的波特率范圍從 1200bps 到 115200bps，同時支持自適應(yīng)波特率 0，當 TC35I 模塊默認為自適應(yīng)波特率的情況下開機，就需要輸入“ AT” 給模塊，才能同步上波特率，否則模塊不會響應(yīng)。 DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和 DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）之間的同步是為了確保 DTE 和 DCE 成功同步并使 DCE 檢測到 DTE 使用的波特率。在發(fā)送第一個 AT 字符前最好先等待 35 3 至 5 秒，否則不確保字符會返回。 對 SMS 的控制共有三種實現(xiàn)途徑： 最初的 Block Mode(PDU 已取代 Block Mode) ；基于 AT 命令的 Text Mode ；基于 AT 命令的 PDU Mode 。AT 指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端設(shè)配器或數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)送的。手機用戶所使用的各種 GSM 業(yè)務(wù)包括呼叫、短消息等都是通過 AT 指令來實現(xiàn)的。如果 AT 指令執(zhí)行成功，“ OK”字符串返回；如果 AT 指令語法錯誤或 AT 指令執(zhí)行失敗， “ ERROR”字符串返回 [12]?；镜? AT 指令語法結(jié)構(gòu)如下： Prefix ,Body。,Termination Character 其中，“ Prefix”指的就是字母“ AT”，來自于“ attention”的前兩個字母 “ Body”中包括“ mand” ， “ parameter”， “ values”“ Termination Character”指的是終止標志。 (1）基本的 AT 指令 例： AT+CMGF=0CR (設(shè)置短信 PDU 模式 ) (2）擴展的語法指令 例： AT+CFUN=0CR (GSM 模塊斷電 ) (3）讀指令語法 例： AT+CMGR?CR (讀短信 ) (4）測試命令語法： AT+CREG=?CR (查詢基站信息 ) 通過向 TC35I 寫入不同的 AT 指令，能完成多種功能， 實現(xiàn)各種 GSM 業(yè)務(wù)如網(wǎng)絡(luò)登錄、刪除 SMS 消息、列出短消息、讀取 SIM 卡上的電話號碼、發(fā)送 SMS 消息、接收 SMS 消息等。 36 由于 AT 指令多達上百個，不能一一介紹，下面僅介紹有關(guān) SMS 短信息的 AT 指令。關(guān)于短信的基本的 AT 指令如 表 所示 。 表 AT 指令 GSM 模塊程序設(shè)計 當 GSM 模塊做完初始化工作后，首先要發(fā)出 AT 看是否連接到了 GSM 網(wǎng)絡(luò)，得到 OK 答復(fù)后設(shè)置短消息發(fā)送模式，然后就要通 過 AT+CMGF 來設(shè)置短消息的模式， AT+CMGF=0 表示設(shè)置為 PDU 模式， AT+CMGF=1 表示設(shè)置為 TEXT 文本模式，本文選擇的是 TE