盲人群体一直是社会中需要关心的弱势群体, 出门不便对于所有盲人患者是一个较大的难题。目前市场上有多种导盲设备, 但大多原理简单、功能单一、较机械化, 出现的问题也较多, 给经常出门的盲人使用者带来不便。基于简单实用、价格低廉的考虑, 本文介绍一款语音导盲系统的设计方案, 能在一定程度上解决广大盲人患者出行困难。
整个系统分两部分, 一是眼镜探测器, 二是随身携带的语音提醒装置。都含有硬、软件两个部分设计。此款导盲眼镜系统以超声测距探测障碍物获得相应数据, 利用2.4G无线数传模块传送, 获得数据后, 单片机即进行数据处理, 最后控制ISD系列语音芯片给出播报提醒, 同时启动振动提醒。该系统主要优点如下:操作简单方便;超声测距、无线传输让整个导盲设备更轻便;具有语音告知功能, 兼带振动功能, 更加人性化、智能化。
1 总体方案
系统以51系列单片机为核心控制器, 利用超声测距模块、无线传输模块、ISD4003—4M语音芯片、LM386集成运放、NOKIA5110LCD液晶显示器等外设配合使用搭载的一个语音导盲设备。系统整体框图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 超声模块电路
超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t, 超声波在空气中的传播速度为c, 则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出:D=ct/2, 如表1。
超声模块与单片机接口电路, 如图2所示。
2.2 液晶显示电路
系统使用nokia5110液晶显示模块进行显示。5110LCD是一块84×46点矩阵显示设备, 内部采用PCD8544控制器进行显示控制, 该模块是串行控制设备, 遵循串行总线协议进行通信, 接口电路提供八个引脚 (引脚功能如表2所示) , 与单片机连接如图3所示。
2.3 语音输出电路
ISD4003语音芯片与普通的录音/重放芯片相比, 具有如下特点:首先是记录声音没有段长度限制, 并且声音记录不需要A/D转换和压缩。其次, 快速闪存作为存储介质, 无电源可保存数据长达100年, 重复记录10000次以上。此外, ISD4003具有记录时间长可达4分钟, 本文采用的为4分钟的ISD4003语音芯片的优点。ISD在任何操作 (包括快进) 中检测到EOM或OVF时, 本端变低并保持, 中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。中断状态也可以用RINT指令读取。OVF标志——指示ISD的录放操作已经到达存储器的末尾。EOM标志——指示在放音中检测到内部的EOM标志时, 此状态位才置1。
语音芯片与单片机之间的连接非常简单:SS (接P00) 、MOSI (接P01) 、MISO (接P02) 、SCLK (接P03) 、INT (接P32) 、RAC (接P33) 。至于芯片外加电容等连接方式参见ISD4003-04M数据手册。
2.4 无线模块电路设计
nRF24L01是一款工作在2.4GHz～2.5GHz世界通用ISM频段的单片机无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行 (如表3和图4) 。
3 软件设计
软件使用C语言编程开发。语音芯片和单片机通信是通过SPI串行口实现的, 单片机对语音芯片的控制必须遵循SPI串行数据传输协议。软件设计分为两个部分:一、眼镜探测器的设计。2051mcu构建最小系统, 初始化各模块。启动超声模块开定时器, 等待模块返回回波信号关定时器, 最后计算并发送距离数据。二、语音提醒器的设计。初始化各模块。进入接受状态, 接收数据, 进行信息处理并语音提醒 (如图
4 结语
本文介绍的一种语音导盲系统的设计方案在使用价值上还是值得认同的, 但尚有很多不足之处, 例如若遇复杂的外部环境就很难提供准确的路况信息;该设计采用的是单探头测距蔽障, 只能固定一个方向的探测, 在360度全景的环境下显得有所不足, 但可以用多探头按时序分别扫描探测的改进方案得以弥补。
总之, 该方案在一般环境下还是适用的, 而且操作简单, 价格低廉, 适合于国内非特殊精确水平级别上推广, 对广大盲人朋友也是一个很好的帮助。
摘要：本文介绍了一款基于51单片机为核心的语音导盲系统的设计方案。系统由两部分组成:一是超声眼镜探测器, 二是语音提醒器。探测器主要根据超声获取数据, 经单片机处理后由无线模块发送出去。语音提醒器由单片机控制, 接收数据, 然后驱动语音芯片提醒。该系统具有成本低廉、使用方便、等优点, 是一款通用性较强的理想导盲设备。
关键词：51单片机,语音提醒,超声测距,无线数传模块
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